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    • 专利摘要:
    The present invention relates to a method for locating electromagnetic pulse emission sources, each source belonging to a carrier platform, the method comprising the steps of: receiving, by a detector, for each source to be located, at least one and the same pulse transmitted, received directly and received by reflection on the carrier platform of another source, - measurement of the arrival direction, the arrival date and at least one invariant characteristic of each pulse received. The method further comprises the steps of: - grouping a first pair of pulses and a second pair of pulses, - calculating the difference in arrival dates between the pulses of each pair, - determining the direction and distance of each source to the detector from the differences in calculated arrival dates and the arrival directions of the pulses of each pair.
    公开号:FR3045161A1
    申请号:FR1502594
    申请日:2015-12-15
    公开日:2017-06-16
    发明作者:Daniel Jahan；Romain Giacometti；Cedric Cornu
    申请人:Thales SA；
    IPC主号:
    专利说明:

    où • d1 est la distance de la première source Si au détecteur R, • d2 est la distance de la deuxième source S2 au détecteur R, • c est la vitesse de propagation des ondes, • τΡ1 est le premier retard principal relatif à la différence de trajet entre les impulsions réfléchies reçues et les impulsions directes reçues, issues des mêmes impulsions émises par la première source Si, • τΡ2 est le deuxième retard principal relatif à la différence de trajet entre les impulsions réfléchies reçues et les impulsions directes reçues, issues des mêmes impulsions émises par la deuxième source S2, • θι est la direction d’arrivée des impulsions émises par la première source Si, et • θ2 est la direction d’arrivée des impulsions émises par la deuxième source s2. - la direction de chaque source est la direction d’arrivée des impulsions d’un ensembles d’au moins une paire en avance par rapport aux impulsions de l’autre ensemble de la paire. - le procédé comprend, en outre, une étape de minimisation d’une fonction de coût. - les caractéristiques invariantes de chaque impulsion comprennent au moins l’une des caractéristiques parmi : la largeur de l’impulsion, la fréquence porteuse de l’impulsion et la modulation intra-impulsion intentionnelle. L’invention concerne aussi un dispositif de localisation d'au moins deux sources d'émission d'impulsions électromagnétiques, le détecteur étant propre à mettre en œuvre les étapes du procédé tel que défini plus haut. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l’invention, donnée à titre d’exemple uniquement et en référence aux dessins qui sont : - figure 1, une vue schématique d’un exemple de sources à localiser et d’un détecteur destiné à localiser de telles sources, - figure 2, une vue schématique et fonctionnelle du détecteur de la figure 1, et - figure 3, un organigramme d’un exemple de mise en œuvre d’un procédé de localisation de sources.
    Un principe général de mise en œuvre de l’invention est décrit dans ce qui suit, sur la base de la figure 1.
    Pour cela, deux sources d'émissions d’impulsions électromagnétiques ponctuelles Si et S2, placées respectivement sur des plates-formes porteuses quasiment ponctuelles et réflectrices Px et P2, sont considérées. Par l’expression « quasiment ponctuel », il est entendu que le point d’émission de chaque source d’émission Si, S2 est considéré confondu avec le point de réflexion de la plate-forme Px, P2 sur laquelle est placée ladite source S2.
    Les sources S! et S2 sont, par exemple, des sources d’émission radar, c’est-à-dire des sources d’émission électromagnétiques modulées, et plus particulièrement modulées par impulsions. Les sources Si.....Sn à localiser sont, par exemple, disposées en mer sur des navires délocalisés les uns des autres.
    Un but de l’invention est de localiser lesdites sources S, et S2 au moyen d’un unique détecteur de radars R placé à distance des sources et S2, comme cela est illustré par la figure 1. Par l’expression « localiser une source », il est entendu déterminer la direction et la distance de la source au détecteur.
    Le détecteur de radars R perçoit le signal xx correspondant à l'impulsion émise par la première source Sx en direct, c'est-à-dire après avoir parcouru le chemin SaR. Ce signal est caractérisé par des caractéristiques ax, une date d'arrivée tx et une direction d'arrivée Giinesurées par le détecteur R.
    Le détecteur de radars R perçoit également le signal x12 correspondant à la même impulsion émise par la première source Sx et réfléchie sur la plate-forme P2 de la deuxième source S2, c'est-à-dire après avoir parcouru le chemin SXS2 + S2R. Ce signal est caractérisé par des caractéristiques a12, une date d'arrivée t12 et une direction d'arrivée θ2 mesurées par le détecteur R.
    Le détecteur de radars R perçoit également le signal x2 correspondant à l'impulsion émise par la deuxième source S2 en direct, c'est-à-dire après avoir parcouru le chemin S2R. Ce signal est caractérisé par des caractéristiques a2, une date d'arrivée t2 et une direction d'arrivée θ2 mesurées par le détecteur R.
    Le détecteur de radars R perçoit également le signal x21 correspondant à la même impulsion émise par la deuxième source S2 et réfléchie sur la plate-forme de la première source Si, c'est-à-dire après avoir parcouru le chemin S2Si + SiR. Ce signal est caractérisé par des caractéristiques a21, une date d'arrivée t21 et une direction d'arrivée 0X mesurées par le détecteur R.
    Le détecteur de radars R perçoit donc les quatre signaux suivants : Xi (8^0^^), x12(a12>®2<tl2)> x2(a2»e2,t2) et X2i(a21, ®1< *2ΐ)·
    Des signaux χι^θ^) et Xi2(a12,02,t12), il est déduit la différence de temps d’arrivée xt des impulsions relatives à la première source Si, à partir des deux mesures de dates d'arrivée tx et t12, soit donc xx = t12 — tx. La différence de temps d’arrivée xx correspond au parcours SXS2 + S2R - Si R.
    Des signaux x2(a2,02,t2) et x2i(a21>01(t21), il est déduit la différence de temps d’arrivée x2 des impulsions relatives à la deuxième source S2, à partir des deux mesures de dates d'arrivée t2 et t21, soit donc x2 = t21 -t2. La différence de temps d’arrivée x2 correspond au parcours S2Si + SXR - S2R. L'application du théorème du cosinus au triangle S1RS2 permet d'écrire l’équation suivante : d122 = di2 + d22 - 2dad2 cos^ - θ2) (1) Où • dx est la distance entre la première source Sx et le détecteur R, • d2 est la distance entre la deuxième source S2 et le détecteur R, et • d12 est la distance entre la première source Sx et la deuxième source S2. A partir des différences de temps d’arrivée τχ et τ2 et en considérant que c est la vitesse de propagation des ondes, les équations (2) et (3) suivantes sont obtenues : cri = d12 + d2 — di (2) cx2 = d12 + di — d2 (3)
    En additionnant et en retranchant, les deux équations (2) et (3), les expressions (4) et (5) suivantes sont obtenues :
    (4)
    (5)
    En introduisant les expressions (4) et (5) dans l’équation (1) issue du théorème du cosinus, l'équation (6) suivante est obtenue :
    (6)
    En réordonnant l’équation (6), une équation (7) du second degré en d* est obtenue :
    (7)
    Le discriminant de l’équation (7) étant toujours positif, l’équation (7) a deux racines réelles distinctes (8) :
    (8)
    Etant donné que (τχ - τ2)2 + -—~2 . .. > (τχ - τ2)2, il n'y a qu'une seule racine
    (!“'COS^Üj—O2JJ positive donnée par l’expression (9) suivante et correspondant à la distance entre la première source Si et le détecteur R :
    En introduisant l’expression (9), dans l’expression (5), la distance entre la deuxième source S2 et le détecteur R est obtenue :
    (10)
    Ainsi, les sources Sx et S2 ont bien été localisées en coordonnées polaires, respectivement (d1( et (d2,02).
    Ce principe est généralisable à un système comprenant N sources d’émissions ponctuelles Sx, ...,SN placées respectivement sur des plates-formes quasiment ponctuelles et réflectrices P1(...,PN . Un tel ensemble se décompose en triangles SjRSj différents.
    Une première méthode consiste à traiter chaque triangle SjRSj séparément. Une telle première méthode aboutit au calcul de couples de distances (d,, dj) avec i = 1 à N et j = 1 à N toujours supérieur à i. Cette méthode donne N - 1 estimations de dj.
    Une seconde méthode consiste en la minimisation d'une fonction de coût au niveau global, c'est-à-dire en prenant en compte simultanément l'ensemble des variables. Pour assurer une convergence plus rapide de cette seconde méthode itérative, celle-ci peut être initialisée avec des valeurs obtenues grâce à la première méthode.
    Le détecteur R de localisation de sources S!,..., Sn d'émission d'impulsions électromagnétiques, fonctionnant sur le principe décrit précédemment, est illustré de manière fonctionnelle par la figure 2.
    Le détecteur R est un détecteur de radars.
    Le détecteur R est quasi-statique par rapport aux sources Si,..., Sn à localiser, c’est-à-dire que le détecteur R a au plus une vitesse relativement faible par rapport aux sources Si,..., Sn à localiser, de sorte que les évolutions géométriques, relatives aux triangles première source - deuxième source - détecteur, soient suffisamment inférieures à la précision recherchée pour ne pas l'affecter.
    Le détecteur R comprend un module de réception 12 et un calculateur 14.
    Le module de réception 12 comprend un réseau d’antennes de goniométrie formant un unique détecteur considéré comme ponctuel, un ensemble de chaînes de réception associées au réseau d’antennes et des fonctions de traitement permettant de mesurer des caractéristiques des impulsions reçues.
    Les caractéristiques des impulsions mesurées par le module de réception 12 sont, par exemple, la direction d’arrivée des impulsions, la fréquence porteuse des impulsions, la largeur des impulsions, la date d’arrivée des impulsions, la modulation intra-impulsion intentionnelle (en anglais intentional modulation on puise) ou encore la puissance des impulsions.
    Le calculateur 14 est en interaction avec le module de réception 12.
    Le calculateur 14 comprend, par exemple, un processeur, une mémoire et une unité de traitement de données. L’unité de traitement de données est configurée pour mettre en œuvre en interaction avec un produit programme d’ordinateur, chargeable dans l’unité de traitement de données, un procédé de localisation qui sera décrit plus en détails dans la suite de la description.
    Un exemple de fonctionnement du détecteur R est maintenant décrit en référence à la figure 3, qui illustre schématiquement un ordinogramme de mise en œuvre d'un procédé de localisation de sources S·),..., Sn d'émission d'impulsions électromagnétiques.
    Dans la suite de la description, le terme « égal » désigne « égal à une tolérance près ». La tolérance choisie est liée aux précisions de mesure, au rapport signal-à-bruit de mesure et à la fréquence des signaux reçus sur le détecteur R. La tolérance choisie est, par exemple, ± 5 pourcents (%).
    Pour chaque source St.....Sn à localiser, le procédé de détermination comprend initialement une étape 100 de réception par le détecteur R d’au moins une impulsion émise, d’une part reçue en direct, c'est-à-dire selon le trajet allant directement de la source au détecteur, et d’autre part reçue sous sa forme réfléchie, c’est-à-dire après réflexion sur la plate-forme d’une autre source. Seules la différence de trajets géométriques, qui entraîne des dates d'arrivée différentes, et la qualité de la réflexion permet de différencier l’impulsion reçue en direct de l’impulsion reçue en réfléchi lorsque ces impulsions reçues sont issues de la même émission.
    Les impulsions sont reçues par le détecteur R pendant la durée de fonctionnement du détecteur R.
    En particulier, lorsque deux sources seulement sont à localiser, comme illustré par la figure 1, le détecteur R reçoit une première salve d’impulsions, en traits pointillés, émise directement par la première source Si, une deuxième salve d’impulsions en traits pleins émise directement par la deuxième source S2, une troisième salve d’impulsions en traits pointillés émise par la première source St et réfléchie sur la plate-forme P2 de la deuxième source S2 et une quatrième salve d’impulsions en traits pleins émise par la deuxième source S2et réfléchie sur la plate-forme Pt de la première source St.
    Ensuite, le procédé de localisation comprend une étape 110 de mesure, par le détecteur R, de la direction d'arrivée 0^..., θη, de la date d’arrivée U,..., tn sur le détecteur R et d’au moins une caractéristique invariante Ci,..., Cn de chaque impulsion reçue.
    Les caractéristiques invariantes Ci,..., Cn de chaque impulsion comprennent au moins l’une des caractéristiques parmi : la largeur de l’impulsion, la fréquence porteuse de l’impulsion et la modulation intra-impulsion intentionnelle.
    Le procédé de localisation comprend, ensuite, une étape 120 de découpage de la durée de fonctionnement en tranches de temps At1t..., Atk de même durée.
    La durée de chaque tranche de temps Ati,...,Atk est liée à la durée maximale d'illumination à 3dB des radars. Par exemple, la durée de chaque tranche de temps est comprise entre 10 millisecondes (ms) et 100 ms.
    Le procédé de localisation comprend, avantageusement, pour chaque tranche de temps AL,..., Atk, une étape 130 de tri des impulsions reçues pendant la tranche de temps AL,..., Atk, en fonction de la direction d'arrivée 0^..., 0n et d’au moins une caractéristique invariante Ci..... Cn choisie parmi la ou les caractéristiques mesurées de chaque impulsion. A l’issue de l’étape 130 de tri, des ensembles E d’impulsions sont obtenus.
    Les impulsions de chaque ensemble E ont des directions d’arrivée 0!.....0n égales et des caractéristiques invariantes Ci.....Cn égales. De ce fait, chaque ensemble E est caractérisé par une tranche de temps AL.-.-.A^, une direction d’arrivée 0!..... 0n et au moins une caractéristique invariante Ci.....Cn.
    Le procédé de localisation comprend, ensuite, une étape 140 de regroupement des ensembles E, sur une durée glissante TG, par paquets P de quatre ensembles Ei(Ci,0i,Atn), E2(Ci,02l Atn), E3(C2,0i,At|2), E4(C2,02, At,2) correspondant à une première et à une deuxième direction d'arrivée 01, 02 de valeurs différentes l’une de l’autre, à une première et à une deuxième caractéristique invariante Ci, C2 de valeurs différentes l’une de l’autre et à au plus deux tranches de temps Atn, At|2. La durée glissante TG est au moins égale à la durée d’une tranche de temps.
    Plus précisément, chaque paquet P comprend une première paire d’ensembles Ei(Ci,0i. Atn) et E2(Ci,02, Atn) de caractéristiques invariantes égales à la première caractéristique invariante Ci du paquet P, de directions d’arrivée 0-t, 02 différentes et appartenant à la même tranche de temps Atn, et une deuxième paire d’ensembles £3(02,©!, At|2) et E4(C2,02, At|2) de caractéristiques invariantes égales à la deuxième caractéristique invariante C2 du paquet P, de directions d’arrivée 0^ 02 différentes et appartenant à la même tranche de temps At|2.
    Chaque paire d’ensembles (Ei(Ci,0i,Atn), E2(Ci,02,Atn)) et (£3(^,0^ At|2), E4(C2,02, At|2)) regroupe les impulsions reçues en direct et en réfléchi par le détecteur R et issues de la même émission.
    La durée glissante TG est une fenêtre glissante d'analyse. Il s'agit de prendre en compte les impulsions reçues, ayant déjà fait l'objet de tri par tranches de temps Ati,...,Atk, sur une durée telle qu'on puisse détecter des impulsions directes et des impulsions réfléchies. En effet, le rayonnement des sources étant directif, il se doit de balayer l'espace pour le couvrir. Des conditions d'illumination sont alors nécessaires pour arriver à détecter une même impulsion émise reçue en direct et reçue en réfléchi.
    De ce fait, la durée glissante TG est une durée au moins égale à la plus grande des périodes de balayage d'antennes des sources à localiser. Cela permet de s’assurer d'obtenir l'illumination des réflecteurs dans le laps de temps considéré. La durée glissante TG correspond donc à un grand nombre de tranche de temps .....Atk.
    La durée glissante TG est, par exemple, comprise entre 1 seconde (s) et 10 secondes.
    En variante, la durée glissante TG correspond à plusieurs passages de lobes d’antennes, c’est-à-dire à plusieurs périodes de balayage d'antennes des sources à localiser. Cela permet de travailler sur plus d'impulsions pour consolider les mesures, sous réserve que cet allongement du temps d'analyse ne corresponde pas une évolution trop grande de la géométrie au regard des précisions visées.
    Puis, le procédé comprend, une étape 150 de calcul, pour chaque paire de chaque paquet P, des différences de dates d’arrivée entre les impulsions de l’un des ensembles E de la paire et les impulsions de l’autre ensemble E de la paire. De telles différences de dates d’arrivée résultent des différences de trajets géométriques entre les impulsions directes reçues et les impulsions réfléchies reçues issues des mêmes impulsions émises.
    Le procédé comprend, ensuite, une étape 160 de détermination de la direction Θ et de la distance d de chaque source S1.....Sn au détecteur R à partir des différences de dates d’arrivée calculées.
    En particulier, l’étape de détermination 160 comprend une première phase de calcul d’un histogramme, pour chaque paire, à partir des différences de dates d’arrivée calculées.
    Chaque histogramme permet de déterminer un retard principal τΡ,
    Par exemple, lorsque la période de répétition des impulsions (PRI) des signaux reçus sur le détecteur R est strictement supérieure au double d’une valeur de retard attendue, le retard principal τΡ est la différence de date d’arrivée la plus petite parmi les différences de dates d’arrivée de l’histogramme. La période de répétition des impulsions désigne la durée entre deux impulsions successives d’un même signal. La valeur de retard attendue est une valeur estimée en fonction de la configuration géométrique attendue des triangles première source - deuxième source - détecteur.
    Dans un autre exemple, lorsque la période de répétition des impulsions des signaux reçus sur le détecteur R est inférieure ou égale au double de la valeur de retard attendue, l’étape de détermination 160 comprend l’identification des impulsions reçues en direct d’une part et des impulsions reçues après réflexion sur la plate-forme d’une autre source d’émission d’autre part. Les différences de date d’arrivée sont, ensuite, calculées uniquement entre les impulsions reçues en réfléchi par rapport aux impulsions reçues en direct et non pas entre les impulsions reçues en direct par rapport aux impulsions reçues en réfléchi. Le retard principal τΡ est alors la différence de date d’arrivée la plus petite parmi les différences de dates d’arrivée calculées entre les impulsions reçues en réfléchi par rapport aux impulsions reçues en direct.
    De préférence, l’étape de détermination 160 comprend, ensuite, une deuxième phase de comparaison des valeurs de chaque retard principal τΡ déterminé par rapport à une plage de valeurs de référence. La plage de valeurs de référence est, par exemple, choisie en fonction de considérations géométriques, liées aux directions d'arrivée et à des hypothèses plausibles de distances dans les gammes d'intérêts. La plage de valeurs de référence s’étend, par exemple, au sens large entre 1 microseconde (ps) et 100 ps.
    Avantageusement, la deuxième phase comprend également la comparaison du nombre d’occurrences relatif à chaque retard principal τΡ déterminé par rapport à un seuil de référence. Le seuil de référence est, par exemple, choisi en fonction d’un pourcentage du nombre d'impulsions directes reçues pour chaque paire.
    Au cours de la deuxième phase, les retards principaux τΡ dont les valeurs ne sont pas comprises dans la plage de valeurs de référence et dont le nombre d’occurrences est strictement inférieur au seuil de référence, sont éliminés.
    La deuxième phase permet donc de s’affranchir de valeurs aberrantes lorsque le retard principal τΡ obtenu est en dehors de la plage de valeurs plausibles et des valeurs isolées et non significatives lorsque le nombre d’occurrences est au-dessous du seuil de référence.
    Puis, l’étape de détermination 160 comprend une troisième phase de détermination de la direction Θ de la source correspondant à chaque paire.
    La direction de la source S2de chaque paire est la direction d’arrivée θ-ι, θ2 des impulsions des ensembles E de la paire en avance par rapport aux impulsions de l’autre ensemble E de la paire. La direction d’arrivée Θ correspondante est donc l’angle de l’émission directe des impulsions. L’étape de détermination 160 comprend, également, une quatrième phase de calcul de la distance d entre le détecteur R et chacune de la première et de la deuxième source S1( S2 correspondant aux deux paires de chaque paquet P. Pour cela les fonctions (11) et (12) suivantes, déduites des expressions (9) et (10) sont, par exemple, utilisées :
    (12) où • dï est la distance de la première source Si au détecteur R, • d2 est la distance de la deuxième source S2 au détecteur R, • c est la vitesse de propagation des ondes, • τΡ1 est le premier retard principal relatif à la différence de trajet entre les impulsions réfléchies reçues et les impulsions directes reçues, issues des mêmes impulsions émises par la première source S-i, • τΡ2 est le deuxième retard principal relatif à la différence de trajet entre les impulsions réfléchies reçues et les impulsions directes reçues, issues des mêmes impulsions émises par la deuxième source S2, • θι est la direction d’arrivée des impulsions émises par la première source 51, et • θ2 est la direction d’arrivée des impulsions émises par la deuxième source 52.
    Ainsi, chaque source St.....Sn est localisée en coordonnées polaires (d, Θ).
    Le procédé décrit permet donc la localisation de sources S!..... Sn à partir d'un unique détecteur quasi-statique par rapport aux sources à localiser.
    Le procédé résout le triangle première source - deuxième source - détecteur uniquement par mesures de direction d'arrivée et de la différence de temps d’arrivée (TDOA) en partant du principe que les plates-formes portant les sources sont des réflecteurs notoires et, à ce titre, que source d'émission et point de réflexion sont confondus pour une même plate-forme. Cette hypothèse est réaliste et permet une résolution simple du triangle première source - deuxième source - détecteur sans faire appel au DTPLA long et délicat à mettre en œuvre. Un tel procédé est donc de mise en œuvre rapide tout en permettant une localisation précise des sources.
    De plus, le procédé s'appuie sur des mesures classiquement réalisées, notamment la direction d’arrivée des impulsions, la date d'arrivée des impulsions, la largeur des impulsions ou encore la fréquence porteuse des impulsions, ce qui est un atout pour faciliter l'intégration du procédé à un détecteur de radars.
    En outre, le procédé est généralisable à N sources sur N plates-formes porteuses, par exemple, par une décomposition en une combinaison de deux parmi N triangles sur lesquels le même procédé de localisation est appliqué.
    En complément facultatif, lorsque plusieurs sources sont à localiser, une étape additionnelle consiste à minimiser une fonction de coût prenant en compte simultanément l’ensemble des variables. Une telle fonction de coût permet d’améliorer la précision des distances d et directions Θ déterminées pour chaque source Si,..., Sn.
    Method for locating sources of emitting electromagnetic pulses
    The present invention relates to a method for locating at least two sources of emitting electromagnetic pulses, the method comprising the steps of: receiving, by a detector, for each source to be located during a period of operation of the detector, at least one transmitted pulse, received on the one hand directly and received on the other hand by reflection on the carrier platform of another source, - measurement of the direction of arrival, the date of arrival and at least one invariant characteristic of each received pulse.
    The location of a source consists of determining the direction and distance of the source from a reference point. Such a location is usually based on a multistatism principle of observing the source from different angles.
    To locate a source, a known method, using the principle of triangulation, consists in measuring the direction of arrival of the pulses emitted by the source by means of several detectors, relocated from each other. Triangulation is a technique for determining the position of a point by measuring the angles between that point and other reference points whose position is known.
    However, such a method requires the use of a network of detectors and therefore necessarily a coordination system network detectors, which in addition to the cost related to the number of detectors, excludes the possibility of working with a single detector.
    It has also been developed a locating method of having a single receiver on a carrier having a relatively high speed of scroll relative to the source to locate. Such relative scrolling makes it possible to obtain a set of directions of arrival in time, whose point of competition is the place where the source is located.
    However, obtaining relative scrolling imposes a particularly fast wearer compared to sources to locate, which makes the method unsuitable in the case of a source on the move.
    Another known method relies on the measurement of differences in antenna lobe passing time (abbreviated as DTPLA). Nevertheless, such measurements assume to know the rotation speed of the antenna lobe and thus to perform circular sweeps, which implies a relatively slow acquisition.
    It is also known to use the difference in arrival time (abbreviated as TDOA) of the same signal arriving at two different reception points to locate a source. Such a difference in time makes it possible to determine the geometrical locus where the source is located.
    However, again at least two detectors are required, which precludes the possibility of working with a single detector.
    Methods combining TDOA and DTPLA measurements from a single detector are also known.
    On the other hand, as previously explained, the DTPLA measurements require circular scans, which is both slow and uncertain.
    There is therefore a need for a method for locating sources from a single quasi-static receiver with respect to the sources to be located. For this purpose, the object of the invention is a locating method of the aforementioned type, in which the method further comprises the steps of: grouping at least a first pair of invariant characteristic pulses equal to a first invariant characteristic of different arrival directions, and of at least a second pair of invariant characteristic pulses equal to a second invariant characteristic and of same different arrival directions, - calculating the difference in arrival dates between pulses of each pair, - determination of the direction and distance of each source to the detector from the differences in calculated arrival dates and arrival directions of the pulses of each pair.
    According to particular embodiments, the locating method comprises one or more of the following characteristics, taken separately or in any technically possible combination: the operating time is formed of time slots of identical durations, the method comprising the defining a sliding duration at least equal to the duration of a time slot, the grouping step being implemented over the rolling time, the pulses of each pair belonging to the same time slot. the method further comprises, for each time slot, a step of sorting the received pulses as a function of the direction of arrival and of at least one invariant characteristic chosen from the measured characteristic or characteristics of each pulse, in order to obtain sets of pulses, the pulses of each set having equal arrival directions and equal invariant characteristics, the pulses of each set being grouped in the same pair during the grouping step. the determination step comprises calculating a histogram, for each pair, from the differences in arrival dates calculated for said pair and determining a main delay from the calculated histogram, the direction and the distance from each source to the detector being calculated from the determined main delays. the determining step further comprises comparing the value of each main delay with respect to a range of reference values and comparing the number of occurrences relative to each main delay with respect to a reference threshold, the determining step also comprising the elimination of main delays whose value is not in the range of reference values and whose number of occurrences is strictly less than the reference threshold. each pair and second grouped pair makes it possible to determine the respective distances of two of the sources to be located at the detector, said distances being calculated from the following functions:
    where • d1 is the distance from the first source If at the detector R, • d2 is the distance from the second source S2 to the detector R, • c is the speed of propagation of the waves, • τΡ1 is the first main delay relative to the difference path between the received reflected pulses and the direct pulses received from the same pulses emitted by the first source Si, • τΡ2 is the second main delay relative to the path difference between the reflected pulses received and the direct pulses received, originating from same pulses emitted by the second source S2, • θι is the direction of arrival of the pulses emitted by the first source Si, and • θ2 is the direction of arrival of the pulses emitted by the second source s2. the direction of each source is the direction of arrival of the pulses of a set of at least one pair in advance with respect to the pulses of the other set of the pair. the method further comprises a step of minimizing a cost function. the invariant characteristics of each pulse comprise at least one of: the width of the pulse, the carrier frequency of the pulse and the intentional intra-pulse modulation. The invention also relates to a device for locating at least two sources of emitting electromagnetic pulses, the detector being able to implement the steps of the method as defined above. Other features and advantages of the invention will appear on reading the following description of embodiments of the invention, given by way of example only and with reference to the drawings which are: FIG. 1, a diagrammatic view an example of sources to locate and a detector for locating such sources, - Figure 2, a schematic and functional view of the detector of Figure 1, and - Figure 3, a flowchart of an example of implementation implementation of a source localization method.
    A general principle of implementation of the invention is described in the following, on the basis of FIG.
    For this purpose, two sources of point electromagnetic pulse emissions Si and S2, placed respectively on almost punctual and reflective carrier platforms Px and P2, are considered. By the expression "almost punctual", it is understood that the emission point of each emission source Si, S2 is considered to be coincident with the reflection point of the platform Px, P2 on which said source S2 is placed. .
    The sources S! and S2 are, for example, radar emission sources, i.e. modulated electromagnetic emission sources, and more particularly pulse modulated. The sources Si ..... Sn to locate are, for example, arranged at sea on ships relocated from each other.
    An object of the invention is to locate said sources S 1 and S 2 by means of a single radar detector R placed at a distance from the sources and S 2, as illustrated by FIG. 1. By the expression "locate a source It is understood to determine the direction and distance of the source to the detector.
    The radar detector R receives the signal xx corresponding to the pulse emitted by the first source Sx live, that is to say after having traveled the SaR path. This signal is characterized by characteristics ax, an arrival date tx and a direction of arrival Giinesured by the detector R.
    The radar detector R also perceives the signal x12 corresponding to the same pulse transmitted by the first source Sx and reflected on the platform P2 of the second source S2, that is to say after having traveled the path SXS2 + S2R . This signal is characterized by characteristics a12, an arrival date t12 and an arrival direction θ2 measured by the detector R.
    The radar detector R also receives the signal x2 corresponding to the pulse emitted by the second source S2 live, that is to say after having traveled the path S2R. This signal is characterized by characteristics a2, an arrival date t2 and an arrival direction θ2 measured by the detector R.
    The radar detector R also perceives the signal x21 corresponding to the same pulse emitted by the second source S2 and reflected on the platform of the first source Si, that is to say after having traveled the path S2Si + SiR. This signal is characterized by characteristics a21, arrival date t21 and arrival direction 0X measured by the detector R.
    The radar detector R thus perceives the following four signals: Xi (8 ^ 0 ^^), x12 (a12> ®2 <tl2)> x2 (a2 »e2, t2) and X2i (a21, ®1 <* 2ΐ) ·
    Signals χι ^ θ ^) and Xi2 (a12,02, t12), the arrival time difference xt is deduced from the pulses relating to the first source Si, from the two arrival date measures tx and t12. so be xx = t12 - tx. The arrival time difference xx corresponds to the course SXS2 + S2R - Si R.
    Signals x2 (a2, 02, t2) and x2i (a21> 01 (t21), the arrival time difference x2 is deduced from the pulses relative to the second source S2, from the two arrival date measurements. t2 and t21, ie x2 = t21 -t2 The arrival time difference x2 corresponds to the course S2Si + SXR-S2R The application of the cosine theorem to the triangle S1RS2 makes it possible to write the following equation: d122 = di2 + d22 - 2dad2 cos ^ - θ2) (1) Where • dx is the distance between the first source Sx and the detector R, • d2 is the distance between the second source S2 and the detector R, and • d12 is the distance between the first source Sx and the second source S2. From the arrival time differences τχ and τ2 and considering that c is the speed of propagation of the waves, the following equations (2) and (3) are obtained: cry = d12 + d2 - di (2) cx2 = d12 + di - d2 (3)
    By adding and subtracting the two equations (2) and (3), the following expressions (4) and (5) are obtained:
    (4)
    (5)
    By introducing the expressions (4) and (5) in the equation (1) resulting from the cosine theorem, the following equation (6) is obtained:
    (6)
    By reordering equation (6), an equation (7) of the second degree in d * is obtained:
    (7)
    Since the discriminant of equation (7) is always positive, equation (7) has two distinct real roots (8):
    (8)
    Since (τχ - τ2) 2 + - ~ 2. ..> (τχ - τ2) 2, there is only one root
    (! "'COS ^ Üj-O2JJ positive given by the following expression (9) and corresponding to the distance between the first source Si and the detector R:
    By introducing the expression (9) into the expression (5), the distance between the second source S2 and the detector R is obtained:
    (10)
    Thus, the sources Sx and S2 have been located in polar coordinates, respectively (d1 (and (d2,02).
    This principle can be generalized to a system comprising N point emission sources Sx, ..., SN placed respectively on almost punctual and reflective platforms P1 (..., PN) Such a set is broken down into different SjRSj triangles.
    One method is to treat each triangle SjRSj separately. Such a first method results in the calculation of pairs of distances (d ,, dj) with i = 1 to N and j = 1 to N always greater than i. This method gives N - 1 estimates of dj.
    A second method consists in minimizing a cost function at the global level, that is to say, taking into account simultaneously all the variables. To ensure a faster convergence of this second iterative method, it can be initialized with values obtained by the first method.
    The detector S for locating sources S 1,..., SN for emitting electromagnetic pulses, operating on the principle described above, is illustrated functionally by FIG. 2.
    The detector R is a radar detector.
    The detector R is quasi-static with respect to the sources Si, ..., Sn to be located, that is to say that the detector R has at most a relatively low speed compared to the sources Si, ..., Sn to locate, so that the geometric evolutions, relative to the triangles first source - second source - detector, are sufficiently lower than the precision sought not to affect it.
    The detector R comprises a reception module 12 and a computer 14.
    The receiving module 12 comprises an array of direction finding antennas forming a single detector considered as a point, a set of reception chains associated with the antenna array and processing functions making it possible to measure characteristics of the pulses received.
    The characteristics of the pulses measured by the reception module 12 are, for example, the direction of arrival of the pulses, the carrier frequency of the pulses, the width of the pulses, the arrival date of the pulses, the intentional intra-pulse modulation ( in English intentional modulation one draws) or the power of pulses.
    The computer 14 is in interaction with the reception module 12.
    The computer 14 comprises, for example, a processor, a memory and a data processing unit. The data processing unit is configured to implement in interaction with a computer program product, loadable in the data processing unit, a location method which will be described in more detail in the following description.
    An example of operation of the detector R is now described with reference to FIG. 3, which diagrammatically illustrates a flowchart for implementing a source locating method S ·),..., Sn of emitting electromagnetic pulses. .
    In the remainder of the description, the term "equal" designates "equal to a tolerance". The selected tolerance is related to the measurement accuracies, the signal-to-noise ratio and the frequency of the signals received on the detector R. The tolerance chosen is, for example, ± 5 percent (%).
    For each source St ..... Sn to be located, the determination method initially comprises a step 100 of reception by the detector R of at least one transmitted pulse, on the one hand received directly, that is to say say on the path going directly from the source to the detector, and on the other hand received in its reflected form, that is to say after reflection on the platform of another source. Only the difference in geometric paths, which results in different arrival dates, and the quality of the reflection makes it possible to differentiate the impulse received directly from the impulse received by reflected when these pulses received come from the same emission.
    The pulses are received by the detector R during the operating time of the detector R.
    In particular, when only two sources are to be located, as shown in FIG. 1, the detector R receives a first burst of pulses, in dotted lines, emitted directly by the first source Si, a second burst of pulses in solid lines. emitted directly by the second source S2, a third pulse burst in dashed lines emitted by the first source St and reflected on the platform P2 of the second source S2 and a fourth pulse burst in solid lines emitted by the second source S2 and reflected on the platform Pt of the first source St.
    Then, the locating method comprises a step 110 of measurement, by the detector R, of the arrival direction 0 ^ ..., θη, of the arrival date U, ..., tn on the detector R and at least one invariant characteristic Ci, ..., Cn of each received pulse.
    The invariant characteristics Ci,..., Cn of each pulse comprise at least one of: the width of the pulse, the carrier frequency of the pulse and the intentional intra-pulse modulation.
    The localization method then comprises a step 120 of splitting the operating time into time slots At1t ..., Atk of the same duration.
    The duration of each time slot Ati, ..., Atk is related to the maximum illumination time at 3dB of the radars. For example, the duration of each time slot is between 10 milliseconds (ms) and 100 ms.
    The localization method advantageously comprises, for each time slot AL,..., Atk, a step 130 for sorting the pulses received during the time slot AL,..., Atk, as a function of the direction of arrival. 0 ^ ..., 0n and at least one invariant characteristic Ci ..... Cn selected from the measured characteristic (s) of each pulse. At the end of the sorting step 130, sets E of pulses are obtained.
    The pulses of each set E have directions of arrival 0! ..... 0n equal and invariant characteristics Ci ..... Cn equal. Therefore, each set E is characterized by a time slice AL.-.- A ^, an arrival direction 0! ..... 0n and at least one invariant characteristic Ci ..... Cn.
    The locating method then comprises a step 140 of grouping the sets E, over a rolling period TG, in packets P of four sets Ei (Ci, Oi, Atn), E2 (Ci, O2I Atn), E3 (C2, 0i, At | 2), E4 (C2.02, At, 2) corresponding to a first and a second arrival direction 01, 02 of different values from each other, to a first and a second invariant characteristic Ci, C2 of values different from each other and at most two time slices Atn, At | 2. The sliding duration TG is at least equal to the duration of a time slot.
    More precisely, each packet P comprises a first pair of sets Ei (Ci, Oi, Atn) and E2 (Ci, O2, Atn) of invariant characteristics equal to the first invariant characteristic Ci of the packet P, of arrival directions 0 -t, 02 different and belonging to the same time slice Atn, and a second pair of sets £ 3 (02, © !, At | 2) and E4 (C2,02, At | 2) of invariant characteristics equal to the second invariant characteristic C2 of the packet P, of different arrival directions O ^ 02 and belonging to the same time slice At | 2.
    Each pair of sets (Ei (Ci, 0i, Atn), E2 (Ci, 02, Atn)) and (£ 3 (^, 0 ^ At | 2), E4 (C2,02, At | 2)) groups together the pulses received directly and reflected by the detector R and from the same emission.
    The sliding duration TG is a sliding window of analysis. It is a question of taking into account the pulses received, having already been sorted by time slots Ati,..., Atk, over a period such that it is possible to detect direct pulses and reflected pulses. Indeed, the radiation of the sources being directive, it is necessary to sweep the space to cover it. Illumination conditions are then necessary to be able to detect the same emitted pulse received directly and received in reflected.
    As a result, the sliding duration TG is a duration at least equal to the largest of the antenna scanning periods of the sources to be located. This makes sure to get the illumination of the reflectors in the lapse of time considered. The sliding duration TG thus corresponds to a large number of time slices ..... Atk.
    The sliding duration TG is, for example, between 1 second (s) and 10 seconds.
    In a variant, the sliding duration TG corresponds to several antenna lobe passes, that is to say to several antenna scanning periods of the sources to be located. This makes it possible to work on more pulses to consolidate the measurements, provided that this extension of the analysis time does not correspond to a too great evolution of the geometry with regard to the targeted accuracies.
    Then, the method comprises, a calculation step 150, for each pair of each packet P, differences in arrival dates between the pulses of one of the sets E of the pair and the pulses of the other set E of the pair. Such differences in arrival dates result from differences in geometrical paths between the direct pulses received and the reflected pulses received from the same pulses transmitted.
    The method then comprises a step 160 of determining the direction Θ and the distance d from each source S1 ..... Sn to the detector R from the differences in calculated arrival dates.
    In particular, the determination step 160 comprises a first phase of calculating a histogram, for each pair, from the differences in calculated arrival dates.
    Each histogram makes it possible to determine a main delay τΡ,
    For example, when the pulse repetition period (PRI) of the signals received on the detector R is strictly greater than twice an expected delay value, the main delay τΡ is the smallest arrival date difference among the differences in the arrival dates of the histogram. The repetition period of the pulses designates the duration between two successive pulses of the same signal. The expected delay value is an estimated value based on the expected geometric configuration of the first source - second source - detector triangles.
    In another example, when the repetition period of the pulses of the signals received on the detector R is less than or equal to twice the expected delay value, the determination step 160 comprises the identification of the pulses received directly from a receiver. part and pulses received after reflection on the platform of another source of emission on the other hand. The arrival date differences are then calculated only between the pulses received in reflected with respect to the pulses received directly and not between the pulses received directly relative to the pulses received in reflected. The main delay τΡ is then the smallest arrival date difference among the differences in arrival dates calculated between the pulses received in reflected with respect to the pulses received live.
    Preferably, the determination step 160 then comprises a second comparison phase of the values of each principal delay τΡ determined with respect to a range of reference values. The range of reference values is, for example, chosen according to geometric considerations, related to arrival directions and plausible assumptions of distances in the ranges of interest. The range of reference values extends, for example, broadly between 1 microsecond (ps) and 100 ps.
    Advantageously, the second phase also comprises comparing the number of occurrences relative to each principal delay τΡ determined with respect to a reference threshold. The reference threshold is, for example, chosen according to a percentage of the number of direct pulses received for each pair.
    During the second phase, the main delays τΡ whose values are outside the range of reference values and whose number of occurrences is strictly below the reference threshold, are eliminated.
    The second phase therefore makes it possible to omit outliers when the main delay τΡ obtained is outside the range of plausible values and isolated and insignificant values when the number of occurrences is below the reference threshold.
    Then, the determination step 160 comprises a third phase of determining the direction Θ of the source corresponding to each pair.
    The direction of the source S2 of each pair is the direction of arrival θ-ι, θ2 of the pulses of the sets E of the pair in advance with respect to the pulses of the other set E of the pair. The corresponding direction of arrival Θ is therefore the angle of the direct emission of the pulses. The determination step 160 also includes a fourth phase of calculating the distance d between the detector R and each of the first and second sources S1 (S2 corresponding to the two pairs of each packet P. For this purpose the functions ( 11) and (12), deduced from expressions (9) and (10) are, for example, used:
    (12) where • d1 is the distance from the first source If at the detector R, • d2 is the distance from the second source S2 to the detector R, • c is the speed of propagation of the waves, • τΡ1 is the first main relative delay the path difference between the reflected pulses received and the direct pulses received, from the same pulses emitted by the first source Si, • τΡ2 is the second main delay relative to the path difference between the reflected pulses received and the direct pulses received. from the same pulses emitted by the second source S2, • θι is the direction of arrival of the pulses emitted by the first source 51, and • θ2 is the direction of arrival of the pulses emitted by the second source 52.
    Thus, each source St ..... Sn is localized in polar coordinates (d, Θ).
    The method described thus makes it possible to locate sources S! ..... Sn from a single quasi-static detector with respect to the sources to be located.
    The method resolves the first source - second source - detector triangle only by arrival direction measurements and arrival time difference (TDOA) on the basis that the source platforms are known reflectors and, as such, that source of emission and point of reflection are confused for the same platform. This hypothesis is realistic and allows a simple resolution of the first source triangle - second source - detector without using the DTPLA long and difficult to implement. Such a method is therefore rapid implementation while allowing accurate location of sources.
    In addition, the method relies on measurements conventionally made, in particular the arrival direction of the pulses, the arrival date of the pulses, the pulse width or the carrier frequency of the pulses, which is an asset to facilitate the integration of the method with a radar detector.
    In addition, the method is generalizable to N sources on N carrier platforms, for example, by a decomposition into a combination of two of N triangles on which the same location method is applied.
    As an optional addition, when several sources are to be located, an additional step consists of minimizing a cost function that simultaneously takes into account all the variables. Such a cost function makes it possible to improve the accuracy of the distances d and directions Θ determined for each source Si, ..., Sn.
    权利要求:
    Claims (10)
    [1" id="c-fr-0001]
    1. -A method of locating at least two sources (S! ..... Sn) of emitting electromagnetic pulses, each source (Si, ..., Sn) belonging to a carrier platform (Pi .. ... Pn), the method comprising the steps of: - receiving, by a detector (R), for each source (S1t ..., Sn) to be located during an operating period of the detector (R), at least one transmitted pulse, received on the one hand directly and received on the other hand by reflection on the carrier platform of another source (S-ι, ..., Sn), - direction measurement of arrival (0! ..... 0n), of the arrival date (ti, ..., tn) and of at least one invariant characteristic (0 ^ ..., Cn) of each pulse received , characterized in that the method further comprises the steps of: - grouping at least a first pair of invariant characteristic pulses equal to a first invariant characteristic (Ci), of arrival directions (01, 02 ) different , and at least one second pair of invariant characteristic pulses equal to a second invariant characteristic (C2) and of the same different arrival directions (0 ^ 02), - calculating the difference in arrival dates between the pulses of each pair, - determining the direction (Θ) and the distance (d) of each source (Si ..... Sn) to the detector (R) from the differences in calculated arrival dates and directions of arrival (01f 02) pulses of each pair.
    [2" id="c-fr-0002]
    2. - Method according to claim 1, wherein the operating time is formed of time slots (Ati, ..., Atk) of identical durations, the method comprising the definition of a sliding duration (TG) at least equal the duration of a time slot (Att, ..., Atk), the grouping step being implemented on the sliding time (TG), the pulses of each pair belonging to the same time slot.
    [3" id="c-fr-0003]
    3. - Method according to claim 2, wherein the method further comprises, for each time slot (Δίτ ..... Atk), a step of sorting the pulses received as a function of the direction of arrival (0 0n) and at least one invariant characteristic (Ci, ..., Cn) selected from the measured characteristic or characteristics of each pulse, to obtain sets (E) of pulses, the pulses of each set (E) having equal arrival directions (01, ..., 0n) and invariant characteristics (Ci ..... Cn) equal, the pulses of each set (E) being grouped in a same pair during the grouping stage.
    [4" id="c-fr-0004]
    4. - Method according to any one of claims 1 to 3, wherein the determining step comprises calculating a histogram, for each pair, from differences in arrival dates calculated for said pair and the determination of a main delay (τΡ) from ('calculated histogram, the direction (Θ) and the distance (d) of each source Sn) to the detector (R) being calculated from the main delays (τΡ) determined.
    [5" id="c-fr-0005]
    The method according to claim 4, wherein the determining step further comprises comparing the value of each main delay (τΡ) with respect to a range of reference values and comparing the number of occurrences. relating to each main delay (τΡ) with respect to a reference threshold, the determining step also comprising eliminating the main delays (τΡ) whose value is not within the reference value range and whose occurrence number is strictly below the reference threshold.
    [6" id="c-fr-0006]
    6. - The method according to claim 4 or 5, wherein each pair and second pair grouped together determines the distances (d1t d2) respective two sources (S ^ S2) to locate at the detector (R), said distances ( d ^ d2) being calculated from the following functions:

    Where • d! is the distance from the first source St to the detector R, • d2 is the distance from the second source S2to the detector R, • c is the propagation velocity of the waves, • τΡ1 is the first main delay relative to the path difference between the reflected pulses received and the direct pulses received from the same pulses emitted by the first source Si, • τΡ2 is the second main delay relative to the path difference between the reflected pulses received and the direct pulses received, originating from the same pulses emitted by the second source S2, • θι is the direction of arrival of the pulses emitted by the first source 51, and • θ2 is the direction of arrival of the pulses emitted by the second source 52.
    [7" id="c-fr-0007]
    7. - Method according to any one of claims 1 to 6, wherein the direction (Θ) of each source is the direction of arrival (θ ^ θ2) pulses of a set (E) of at least one pair ahead of the pulses of the other set (E) of the pair.
    [8" id="c-fr-0008]
    8. - Method according to any one of claims 1 to 7, wherein the method further comprises a step of minimizing a cost function.
    [9" id="c-fr-0009]
    9. - Method according to any one of claims 1 to 8, wherein the invariant characteristics (Ci, ..., Cn) of each pulse comprise at least one of: the width of the pulse, the carrier frequency of the pulse and intentional intra-pulse modulation.
    [10" id="c-fr-0010]
    10. - Detector (R) for locating at least two sources (S ...... Sn) for transmitting electromagnetic pulses, the detector (R) being suitable for carrying out the steps of the method according to FIG. any one of claims 1 to 9.
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