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Title:
METHOD AND DEVICE FOR LOCATING AN ELECTROMAGNETIC EMISSION SOURCE AND SYSTEM IMPLEMENTING SUCH A METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/202748
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method which uses a network of ESM receivers (21, 22). The method includes: a step of determining a first locus from a first measurement providing information on the difference in the angle of arrival of said emission beam on two receivers (21, 22), said first locus including the points of space that provide the first measurement on said two receivers (21, 22); a step of determining a second locus from a second measurement providing information on the direction of arrival on at least one of the receivers (21, 22), said second locus including the points of space that provide the same second measurement on said receiver (21, 22); and a step of determining a third locus in which the position of the source (1) is located, said third locus being the intersection of said first locus and said second locus.

Inventors:
GRANDIN JEAN-FRANÇOIS (FR)
SEUTE HUGO (FR)
SPERLING RAPHAËL (FR)
RATTON LAURENT (FR)
Application Number:
PCT/EP2016/063521
Publication Date:
December 22, 2016
Filing Date:
June 13, 2016
Export Citation:
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Assignee:
THALES SA (FR)
International Classes:
G01S5/02; G01S5/12
Foreign References:
FR2999297A12014-06-13
US20080186235A12008-08-07
US5999129A1999-12-07
Other References:
QUAZI, A.H.: "An overview on the time delay estimate in active and passive systems for target localization", IEEE ASSP, vol. 29, no. 3, June 1981 (1981-06-01), pages 527 - 533
PIERSOL, A.G.: "Time delay Estimation Using Phase Data", IEEE ASSP, vol. 29, no. 3, June 1981 (1981-06-01), pages 471 - 477
Attorney, Agent or Firm:
LUCAS, Laurent et al. (FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

1 . Procédé de localisation d'une source d'émission électromagnétique (1 ) à partir d'un réseau de récepteurs ESM (21 , 22), ladite source (1 ) émettant un faisceau d'émission (10) balayant l'espace, caractérisé en ce qu'il comporte :

- une étape de détermination d'un premier lieu géométrique (62) à partir d'une première mesure donnant une information de différence d'angle d'arrivée dudit faisceau d'émission sur deux récepteurs (21 , 22), ledit premier lieu géométrique comportant les points de l'espace donnant la même première mesure sur lesdits deux récepteurs (21 , 22) ;

- une étape de détermination d'un deuxième lieu géométrique à partir d'une deuxième mesure donnant une information de direction d'arrivée sur au moins un récepteurs (21 , 22), ledit deuxième lieu géométrique comportant les points de l'espace donnant la même deuxième mesure sur ledit récepteur (21 ,22) ;

- une étape de détermination d'un troisième lieu géométrique sur lequel se trouve la position de ladite source, ledit troisième lieu géométrique étant l'intersection dudit premier lieu géométrique et de dudit deuxième lieu géométrique.

2. Procédé de localisation d'une source d'émission électromagnétique (1 ) selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte :

- une étape de mesure de différence d'angle d'arrivée (ΔΘ) dudit faisceau d'émission sur deux récepteurs (21 , 22), dite mesure ADOA ; - une étape de calcul d'un cylindre (62) dit iso-ADOA à partir de ladite mesure ADOA, ledit cylindre iso-ADAO correspondant à des points de l'espace donnant la même mesure ADOA pour lesdits deux récepteurs (21 , 22) ;

- une étape de mesures de différence de temps d'arrivée dudit faisceau d'émission sur lesdits deux récepteurs (21 , 22), dites mesures TDOA ;

- une étape de calcul d'un hyperboloïde dit iso-TDOA à partir desdites mesures TDOA, ledit hyperboloïde iso-TDOA correspondant à des points donnant lesdites mêmes mesures TDOA ; - une étape de calcul de l'intersection dudit cylindre iso-ADOA et dudit hyperboloïde iso-TDOA, ladite intersection comprenant la position de ladite source.

3. Procédé de localisation d'une source d'émission électromagnétique (1 ) selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte :

- une étape de mesure de différence de temps passage dudit faisceau d'émission sur deux récepteurs (21 , 22), dite mesure DTPL ;

- une étape de calcul d'un cylindre (62) dit iso-DTPL à partir de ladite mesure DTPL, ledit cylindre iso-DTPL correspondant à des points de l'espace donnant la même mesure DTPL pour lesdits deux récepteurs (21 , 22) ;

- une étape de mesures de différence de temps d'arrivée dudit faisceau d'émission sur lesdits deux récepteurs (21 , 22), dites mesures TDOA ; - une étape de calcul d'un hyperboloïde dit iso-TDOA à partir desdites mesures TDOA, ledit hyperboloïde iso-TDOA correspondant à des points donnant lesdites mêmes mesures TDOA ;

- une étape de calcul de l'intersection dudit cylindre iso-ADOA et dudit hyperboloïde iso-TDOA, ladite intersection comprenant la position de ladite source.

4. Procédé de localisation d'une source d'émission électromagnétique (1 ) selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'une altitude donnée étant choisie, le calcul dudit cylindre (62) est effectué dans deux dimensions, à l'altitude donnée, ledit calcul correspondant au calcul d'un cercle (61 ), la position de ladite source étant l'intersection dudit cercle (61 ) et de ladite hyperboloïde iso-TDOA.

5. Procédé de localisation d'une source d'émission électromagnétique (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les capteurs ESM (21 , 22) sont portés par un aéronef.

6. Procédé de localisation d'une source d'émission électromagnétique (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit réseau comporte un unique capteur ESM, les mesures étant effectuées en deux positions consécutives dudit capteur.

7. Procédé de localisation d'une source d'émission électromagnétique (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite source (1 ) étant mobile, l'étape de calcul de la position de ladite source à un instant donné est suivie d'une étape de filtrage de type Kalman et de prédiction des positions de ladite cible mobile.

8. Dispositif de traitement apte à communiquer avec un réseau de capteurs ESM, caractérisé en ce qu'il est apte à mettre en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.

9 Système de localisation d'une source d'émission électromagnétique (1 ), caractérisé en ce qu'il comporte au moins un réseau de capteurs ESM et des moyens de traitement mettant en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.

Description:
PROCEDE ET DISPOSITIF DE LOCALISATION D'UNE SOURCE D'EMISSION ELECTROMAGNETIQUE

ET SYSTEME METTANT EN ŒUVRE UN TEL PROCEDE. La présente invention concerne un procédé de localisation d'une source électromagnétique. L'invention concerne également un dispositif de traitement apte à mettre en œuvre ce procédé. Elle concerne aussi un système mettant en œuvre ce procédé. L'invention peut être appliquée dans de nombreuses situations. Elle peut notamment s'appliquer pour l'élaboration d'une situation tactique c'est-à-dire pour la localisation d'émission de radars fixes ou mobiles, lents ou rapides, dans des contextes terrestres, maritimes ou aéroportés à partir d'un réseau de Détecteurs de radars (un Détecteur de radars étant désigné ci-après dans le document par l'abréviation anglo-saxonne ESM pour Electronic Support Measure) fixes ou mobiles sur véhicules terrestres, marines, drones, avions ou hélicoptères. En particulier, l'invention s'applique :

- Dans un contexte maritime, pour la surveillance depuis les côtes par un réseau de stations ESM ;

- Dans un contexte terrestre, par exemple pour la surveillance par un essaim de drones ;

- Dans un contexte aérien, par exemple pour la trajectographie des menaces aéroportées par un réseau d'ESM embarqués dans un avion. Dans les méthodes classiques, la localisation repose sur des méthodes itératives par gradient, par l'estimation du maximum de vraisemblance, nécessitant des calculs de pas du gradient souvent consommatrices de ressources en termes de puissance de calcul, ou bien des méthodes nécessitant de digitaliser l'espace de recherche.

Un but de l'invention est notamment d'estimer la localisation de l'émission par un calcul direct et donc non itératif.

A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de localisation d'une source d'émission électromagnétique à partir d'un réseau de récepteurs ESM, ladite source émettant un faisceau d'émission balayant l'espace, ledit procédé comportant :

- une étape de détermination d'un premier lieu géométrique à partir d'une première mesure donnant une information de différence d'angle d'arrivée dudit faisceau d'émission sur deux récepteurs, ledit premier lieu géométrique comportant les points de l'espace donnant la même première mesure sur lesdits deux récepteurs ;

- une étape de détermination d'un deuxième lieu géométrique à partir d'une deuxième mesure donnant une information de direction d'arrivée sur au moins un récepteur, ledit deuxième lieu géométrique comportant les points de l'espace donnant la même deuxième mesure sur ledit récepteur ;

- une étape de calcul du troisième lieu géométrique sur lequel se trouve la position de ladite source, ledit troisième lieu géométrique étant l'intersection dudit premier lieu géométrique et dudit deuxième lieu géométrique.

Dans un mode de mise en œuvre particulier, ledit procédé comporte :

- une étape de mesure de différence d'angle d'arrivée (ΔΘ) dudit faisceau d'émission sur deux récepteurs, dite mesure ADOA ;

- une étape de calcul d'un cylindre dit iso-ADOA à partir de ladite mesure ADOA, ledit cylindre iso-ADOA correspondant à des points de l'espace donnant la même mesure ADOA pour lesdits deux récepteurs ;

- une étape de mesures de différence de temps d'arrivée dudit faisceau d'émission sur lesdits deux récepteurs, dites mesures TDOA ;

- une étape de calcul d'un hyperboloïde dit iso-TDOA à partir desdites mesures TDOA, ledit hyperboloïde iso-TDOA correspondant à des points donnant lesdites mêmes mesures TDOA ;

- une étape de calcul de l'intersection dudit cylindre iso-ADOA et dudit hyperboloïde iso-TDOA, ladite intersection comprenant la position de ladite source.

Dans un autre mode de mise en œuvre particulier, ledit procédé comporte - une étape de mesure de différence de temps passage dudit faisceau d'émission sur deux récepteurs, dite mesure DTPL ;

- une étape de calcul d'un cylindre dit iso-DTPL à partir de ladite mesure DTPL, ledit cylindre iso-DTPL correspondant à des points de l'espace donnant la même mesure DTPL pour lesdits deux récepteurs ;

- une étape de mesures de différence de temps d'arrivée dudit faisceau d'émission sur lesdits deux récepteurs, dites mesures TDOA ;

- une étape de calcul d'un hyperboloïde dit iso-TDOA à partir desdites mesures TDOA, ledit hyperboloïde iso-TDOA correspondant à des points donnant lesdites mêmes mesures TDOA ;

- une étape de calcul de l'intersection dudit cylindre iso-ADOA et dudit hyperboloïde iso-TDOA, ladite intersection comprenant la position de ladite source. Le calcul dudit cylindre est par exemple effectué dans deux dimensions, correspondant à une altitude donnée, correspondant au calcul d'un cercle, la position de ladite source étant l'intersection dudit cercle et de ladite hyperbole iso-TDOA.

Les capteurs ESM sont par exemple portés par un aéronef. Ledit réseau comporte par exemple un unique capteur ESM, les mesures étant effectuées en deux positions consécutives dudit capteur.

Ladite source étant mobile, l'étape de calcul de la position de ladite source à un instant donné est par exemple suivie d'une étape de filtrage de type Kalman et de prédiction des positions de ladite cible mobile.

L'invention concerne également un dispositif de traitement apte à communiquer avec un réseau de capteurs ESM, ledit dispositif étant apte à mettre en œuvre le procédé tel que décrit précédemment.

L'invention concerne également un système de localisation d'une source d'émission électromagnétique comportant au moins un réseau de capteurs ESM et des moyens de traitement mettant en œuvre ledit procédé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit, faite en regard de dessins annexés qui représentent :

- Les figures 1 a et 1 b, une illustration de contextes d'application de l'invention ;

- La figure 2, une illustration de type de mesures utilisées ;

- La figure 3, une illustration d'une mesure de type DTPL, mesure de différence de temps passage de lobes d'émission ;

- La figure 4, une représentation d'un lobe de radar en balayage intercepté par deux récepteurs ESM ;

- La figure 5, une représentation des positions d'une cible et de deux récepteurs ESM dans un repère orthogonal ;

- Les figures 6a et 6b, un exemple de lieu géométrique utilisé dans la mise en œuvre de l'invention, un cylindre dans cet exemple ;

- La figure 7, un exemple de changement de repère permettant le calcul d'un deuxième lieu géométrique utilisé dans le procédé selon l'invention.

Les figures 1 a et 1 b illustrent des contextes d'application de l'invention. La figure 1 a présente une cible 1 produisant une émission 10. Dans l'exemple de la figure 1 a, la cible 1 est un radar rotatif. Deux ESM sont embarqués sur deux porteurs mobiles 1 1 , 12, chaque porteur étant équipé d'un ESM. La figure 1 b illustre la même configuration mais avec deux ESM fixes 13, 14. L'invention traite de la localisation d'une émission fixe par deux stations ESM fixes ou mobiles. Cependant elle peut s'appliquer à une seule station ESM en mouvement.

L'invention peut également s'appliquer à une émission mobile, lente ou rapide, dans la mesure où l'estimation étant réalisée sur un passage de lobe, les positions successives peuvent ensuite être filtrées par de nombreuses méthodes classiques dont un filtre de Kalman. On obtient alors une suite de positions intégrées par le filtrage avec une reconstitution de la vitesse de la cible.

La figure 2 illustre les deux types de mesures utilisées. On considère deux types de mesures : - La mesure de type ADOA (Angular Différence Of Arrivai) mesurant la différence d'angle d'arrivée ΔΘ de l'émission radar sur deux récepteurs ESM distants 21 , 22 ;

- La mesure de type FDOA (Time Diffence Of Arrivai), donnant une mesure de direction d'arrivée.

Les deux ESM 21 , 22 pourront par la suite être appelés respectivement ESM1 et ESM2.

La mesure de type ADOA peut notamment être réalisée par les différents procédés suivants :

- La mesure de DTPL (Différence de Temps de Passage de Lobes) pour des radars à vitesse de balayage constante ω sur le passage entre les deux ESM ;

- La différence de deux mesures angulaires (suffisamment précises) directes issues de goniométrie sur chaque ESM, entre les deux ESM, à partir par exemple de la mesure d'AOA obtenue sur un seul avion par un dispositif goniomètre à mesure d'amplitude, de phase ou de TDOA base courte ;

- La mesure de variations angulaires de type LBPDE (Long Baseline Phase Différence Evolution) sur un seul avion en mouvement à l'aide d'une grande base interférométrique ;

- La mesure de fréquence Doppler d'arrivée dite FDOA (Frequency Différence Of Arrivai) réalisée sur un seul ESM en mouvement ou entre deux ESM sous réserve de mouvements relatifs avec la source. La mesure DOA peut notamment être réalisée par la mesure de différence de temps d'arrivée des impulsions radars sur deux récepteurs ESM distants 21 , 22 correspondant à deux avions porteurs.

Ces deux mesures, bien que ne répondant pas aux mêmes équations, donnent l'équivalent au premier ordre à une mesure de DOA, la mesure TDOA étant a priori plus précise que la mesure de type AOA.

Pour certaines combinaisons de mesure envisagées, le procédé s'applique à des émissions radar de type particulier. Par exemple la mesure DTPL s'applique aux radars à balayage constant. La mesure du FDOA à un seul récepteur ESM s'applique à des formes d'ondes cohérentes. L'invention sera décrite dans le cadre particulier suivant :

- La mesure ADOA résulte de la mesure DTPL (Différence de temps passage de lobes) et de la mesure ou de la connaissance de la vitesse de balayage ω de l'émission radar supposée quasi constante au cours du passage entre les ESM distants. La mesure de DTPL peut être obtenue en considérant la différence des TPL (Temps de passage de lobe) du même lobe sur les deux ESM ;

- La mesure de TDOA résulte de la différence des temps d'arrivée de rémission radar sur les deux ESM distants.

La figure 3 illustre la mesure de DTPL. Cette mesure de Différence de Temps de Passage de Lobes est la différence de temps de passage T de rémission d'un radar qui balaye à la vitesse ω sur deux stations fixes. L'exemple de la figure 3 est donné sans perte de généralités et les mêmes équations s'appliquent au premier ordre même pour des mobiles rapides. On suppose la situation suivante :

- Un radar 1 émet en balayant l'espace à une vitesse de rotation ω supposée fixe et connue ;

- Le passage du lobe principal 31 est observé sur deux stations ESM 21 , 22. L'instant de passage du lobe principal est t 1 sur le premier, ESM1 , et t 2 sur le deuxième, ESM2 ;

La différence du temps de passage du lobe (DTPL) est donnée par dans l'équation suivante :

où Δα est la différence d'angle d'arrivée ΔΘ de l'émission radar sur les deux récepteurs distants 21 , 22, r 1 et r 2 étant les distance respectives de ces deux récepteurs au radar, n 12 est un bruit supposé gaussien d'écart type de 1 à 5 ms. La date de passage de lobe peut être obtenue avec cette précision par intégration sur les lobes successifs.

On considère également la mesure de différence de temps d'arrivée entre les deux observateurs distants 21 , 22. Les techniques de mesures utilisées en radar et EW ont notamment été décrites dans l'article de Quazi, A. H. « An overview on the time delay estimate in active and passive Systems for target localization » IEEE ASSP-29, N° 3, Juin 1981 , pages 527-533. La technique utilisée consistant en la recherche du pic de la fonction d'intercorrélation est par ailleurs présentée dans l'article de Piersol, A.G. « Time delay Estimation Using Phase Data », IEEE ASSP-29, N° 3, Juin 1981 , pages 471 -477. Il existe plusieurs autres techniques concurrentes dont une technique utilisant la phase de la transformée de Fourier de la fonction d'intercorrélation.

On note :

Le TDOA (Time Différence Of Arrivai) correspond à la différence de temps lors du parcours de r 1 et r 2 par les ondes radar.

Etant donné que l'ordre de grandeur de c est 3.10 8 m/s, ce qui correspond à une distance parcourue de 300 km en 1 ms, le terme est négligeable

devant n 12 dans l'équation (1 ) de la DTPL, car n 12 est de l'ordre de 1 ms et la distance entre les stations 21 , 22 est de l'ordre de 3 km. Le terme

peut donc être négligé dans la résolution.

Finalement au premier ordre, la différence de temps de passage du lobe est :

On dispose donc de deux mesures données par les équations suivantes

Mesure de la différence de temps d'arrivée

Mesure de la différence de temps de passage des lobes

La localisation s'obtient en trouvant les valeurs de la position de l'émission qui satisfont simultanément ces deux équations.

Par la suite, on appelle « Lobe ESM » un ensemble d'impulsions issu d'une opération dite de « désentrelacement » effectuée en parallèle sur chaque ESM qui consiste à chercher à regrouper toutes les impulsions issues d'un même radar et correspondant à un passage de lobe unique.

À partir des impulsions de chaque lobe, on calcule pour chaque station ESM 21 , 22 :

- Un quadruplet de mesures {TOA k ,TPL k , LLA k , Niv k ). résumant les paramètres géométriques du lobe, en supposant connue par ailleurs la position précise de l'ESM 21 , 22 ;

- Une description radioélectrique de la forme d'onde perçue (Liste des PRI, fréquences et Dl principalement).

Ces lobes sont ensuite pistés localement sur chaque ESM par un procédé utilisant :

- Les similarités entre les descripteurs radioélectriques ;

- La proximité des TDOA ;

- La régularité des dates de passage des lobes TPL.

La présente invention ne porte ni sur la fonction de désentrelacement, ni sur la fonction de caractérisation des lobes, ni sur la fonction d'association des lobes en monoplate-forme, ni sur la fonction d'identification de l'émission. Ces opérations sont connues et supposées réalisées par ailleurs.

Sans perte de généralité la localisation élémentaire fournie sur un passage de lobe peut être intégrée par un quelconque pistage des séquences de lobes d'émission au cours du temps.

La figure 4 représente le lobe 41 du radar 1 en balayage intercepté par les deux ESM, ESM1 et ESM2.

Ces deux ESM interceptent les mêmes impulsions ImpX mais avec des niveaux différents, liés à la fonction d'éclairement du radar et avec un décalage temporel lié au TDOA. Dans le cas général, la séquence temporelle du motif d'impulsions est indépendante de l'évolution temporelle du lobe du radar. Ceci revient à l'indépendance entre les mesures DTPL et TDOA.

Dans cette application, le procédé de localisation réalise les étapes suivantes : - Pour chaque ESM i. o Pour chaque lobe k intercepté, calcul d'un quadruplet de mesures {TOA k ,TPL k , LL k ,Niv k ). résumant les paramètres géométriques du lobe 41 , ce lobe étant également caractérisé par un résumé des caractéristiques de la FO (PRI, Fréquences, Dl, codes intra-impulsion...).

- Pour chaque couple de stations ESM : o Association des lobes de la même émission entre les plates- formes ; o Estimation de la vitesse de balayage ω du radar ou de la période de rotation de l'antenne (PRA) du radar 1 par estimation conjointe, ou grâce à la connaissance de la période de rotation (PRA) grâce à l'identification ESM ; o Calcul du cercle DTPL résultant ; o Estimation du TDOA par intégration des TDOA des impulsions reçues sur les 2 ESM, cette intégration pouvant être effectuée par différentes méthodes dont la corrélation des trains d'impulsions reçus par les deux récepteurs ou la simple moyenne des différences de temps d'arrivée (TOA) des impulsions reçues par les 2 ESM ; o Calcul de l'hyperboloïde TDOA résultant.

- Pour l'ensemble des stations ESM : o Calcul de la localisation par intersection des cercles DTPL et des hyperboles TDOA ; o Si deux stations sont utilisées, calcul de l'intersection du cercle DTPL et de l'hyperbole TDOA.

C'est à ce niveau du traitement de localisation, pour l'ensemble des stations ESM, qu'intervient l'invention. La détermination de la localisation selon l'invention n'est décrite que dans le cadre de mesures TDOA et DTPL mais l'invention est également applicable à l'ensemble des systèmes décrits précédemment. Ces systèmes réalisent tous la localisation à partir d'une mesure de type angulaire ou de direction (ici le TDOA) et d'une mesure de type différence angulaire (ici la DTPL).

La figure 5 représente la cible 1 et les deux récepteurs ESM 21 , 22 dans un repère O, x, y, z au moment d'une i eme mesure, i étant compris entre 1 et N. En effet, deux observateurs 21 , 22 réalisent N mesures de TDOA (différence de temps d'arrivée d'un même signal entre les deux capteurs distants 21 , 22) et de DTPL (différence de temps de passage de lobe) sur la cible fixe 1 . On note ti la mesure de TDOA et di la mesure de DTPL entre le premier récepteur 21 et le deuxième récepteur 22. On note également R 1,i et R 2,i les distances respectives du premier et deuxième récepteur à la cible. Dans le repère 51 , les coordonnées de la cible, du premier récepteur et du deuxième récepteur à la i eme mesure sont respectivement :

Les mesures de DTPL répondent aux équations de mesures explicites suivantes :

Les mesures de TDOA répondent aux équations de mesures explicites suivantes :

D'après le Théorème de l'angle inscrit, les points donnant la même mesure de DTPL pour des positions des récepteurs données se situent sur un cylindre 61 appelé cercle iso-DTPL illustré par la figure 6a. Ce cylindre contient les positions Ρ-ι, P 2 des récepteurs 21 , 22 et la position Pe de la cible 1 .

En se référant à la figure 6b, C étant le centre du cercle de base 62 du cylindre, d'après le Théorème de l'angle au centre, l'angle est égal au

double de l'angle ΔΘ obtenu à partir du DTPL mesuré entre les récepteurs

De plus, par définition du rayon R du cercle, on a égale distance entre C et P ! et entre C et P 2 , c'est-à-dire que C est sur la médiatrice du segment

notée med

On obtient donc le système suivant, en notant M le milieu du segment

On en déduit le rayon R du cercle base 62 du cylindre iso-DTPL, r 2 étant la distance entre les positions Pi et P 2 dans le plan x, y :

Finalement on a obtient l'équation du cylindre iso-DTPL Avec

Les points donnant la même mesure de TDOA pour des positions de récepteurs donnés se situent sur un hyperboloïde appelé hyperboloïde iso-TDOA, qu'on obtient par les calculs présentés ci-après à partir de la représentation de la figure 7. La position Pe de la cible 1 et les positions P 1 , P 2 des récepteurs 21 , 22 sont calculées dans un nouveau repère orthogonal Ο', x', y', z' où O' est égal à Pi et où l'axe x' passe par P 1 et P 2 . Dans ce repère, la position Pe est repérée par les coordonnées (x' e , y' e , z' e ). On note R 1 , R 2 les distances respectives du premier et du deuxième récepteur 21 , 22 à la cible, et on note d 12 la distance entre ces deux récepteurs.

En notant φ l'angle entre l'axe x' et la projection de Pi Pe dans le plan x', y' et en notant Θ l'angle entre l'axe z' et P 1 Pe, il vient :

Par ailleurs est la différence de temps d'arrivée entre

les récepteurs 21 et 22.

D'après le Théorème de Pythagore : soit :

On en déduit l'équation polaire de l'hyperboloïde iso-TDOA :

en notant

On obtient alors l'équation de l'hyperboloïde en coordonnées cartésiennes dans le repère en utilisant les formules

Après calculs, on obtient l'équation :

en notant

soit

Pour la suite, il est nécessaire d'exprimer les formules de passage du repère au repère (et inversement). Après calculs, il vient :

et inversement

en notant

Afin de simplifier l'expression des intersections, on écrit les équations du cylindre iso-DTPL et de l'hyperboloïde iso-TDOA dans le repère (

défini précédemment. On obtient après calculs le système suivant :

Afin de simplifier la résolution, on cherche à déterminer l'intersection entre le cylindre iso-DTPL et l'hyperboloïde iso-TDOA dans le plan z constant, ce qui se ramène d'après les formules de changement de repère, en notant C = z - z 1 , à avoir :

On calcule maintenant l'intersection entre ces trois géométries. On obtient ainsi le système constitué des 3 équations précédentes, soit :

En soustrayant la troisième équation à la seconde, on obtient Le système précédent devient alors :

Pour résoudre ce système, il suffit de résoudre par des méthodes connues une équation polynomiale de degré 4 en x, de la forme

Jusqu'au degré 4, plusieurs méthodes de résolution explicites connues peuvent être utilisées. En revanche, on montre qu'à partir du degré 5 aucune méthode de résolution explicite n'existe. À ce stade selon l'invention on dispose donc d'une localisation obtenue par calcul explicite direct de l'intersection du cylindre Iso-DTPL et de l'hyperboloïde TDOA dans le plan d'altitude 0, correspondant au plan O, x, y, pour un point choisi par exemple à 100 km dans la direction de l'émission radar 1 sur le plan bissecteur de la base formée par les deux ESM. Avantageusement, le procédé selon l'invention forme, à partir des mesures, une équation polynomiale de degré 4 qui est alors résolue en utilisant des méthodes de résolution explicite de ce type d'équation. Plusieurs méthodes de résolutions connues peuvent être utilisées, parmi celles-ci on peut citer la résolution d'une équation de degré 4 par la méthode de Ferrari ou la résolution d'une équation de degré 4 par la méthode de Lagrange.

Selon l'invention, l'algorithme de résolution produit est donc un algorithme explicite et n'utilise pas les résolutions classiques par gradient, par exemple les algorithmes de type MLE (Maximum Likehood Estimation) encore appelés EMV (Estimation du Maximum de Vraisemblance).

Dans les méthodes explicites, on cherche à construire géométriquement les solutions comme intersections de certaines courbes ou surface, par exemple le cylindre iso-DTPL, l'hyperboloïde TDOA ou le plan d'altitude 0 dans le cas de l'invention. La solution est alors obtenue sans itération et sans avoir à l'évaluer sur de multiples positions, hypothèse d'un espace de recherche digitalisé.

Non seulement il y a un gain très important de ressources de puissance de calcul, mais de plus :

- on peut calculer un temps d'exécution en fonction du nombre de données d'entrée ;

- de même l'occupation mémoire est prédictible ;

- il n'y a pas de risque de divergence puisque le procédé utilise un calcul direct et non itératif.

Le procédé selon l'invention est donc adapté à l'exécution en temps réel. En effet, il utilise une taille mémoire et nécessite un temps de calcul qui sont tous les deux prédictibles. Il s'applique avantageusement à de nombreux types de mesures ESM.

Avantageusement, l'erreur d'altitude, en Z, n'a pas d'influence sur le cylindre iso-DTPL. Il peut être alors avantageux d'éliminer la variable Z dans la résolution en fixant la valeur de l'altitude pour éviter une indétermination artificielle dans le système d'équations. En effet, étant donné que l'erreur d'altitude a une faible influence, il peut être préférable de ne pas chercher à l'estimer pour éviter cette indétermination artificielle. Si on souhaite obtenir une plus grande précision, après un calcul de localisation estimant une première localisation, on précise l'altitude à ce point de localisation à l'aide du modèle numérique du terrain à disposition. On réitère alors le procédé à partir de cette altitude en utilisant la même résolution explicite selon l'invention.

Les qualités de mesures envisagées pour le type DTPL (précision de 1 ms) et pour le type TDOA (précision de 10 ns) donnent déjà une localisation précise en mono-mesure. Dans le cadre d'une cible fixe ou mobile, les mesures quasi instantanées d'intersection deux à deux d'un nombre P d'ESM distants conduisent à P(P-1 )/2 intersections. On réalise alors un estimateur par barycentre des intersections exactes. Cet estimateur est biaisé car il n'y a que P couples de mesures indépendantes mais dans les cas DTPL, TDOA les mesures sont si précises que ce biais est négligeable. Il est toujours possible d'utiliser l'estimation obtenue pour initialiser une méthode asymptotiquement non biaisée qui converge sans difficulté car initialisée très proche de la solution réelle.

Dans le cadre d'une cible fixe, et d'ESM fixes, les mesures de DTPL et TDOA sont des constantes et peuvent donc être intégrées, conduisant à des performances encore plus précises.

Dans le cadre d'une cible mobile, les localisations instantanées obtenues peuvent être traitées par un filtrage de type Kalman pour estimer l'évolution de la cible. À partir d'un calcul de position à un instant donné, on peut ainsi prédire les positions de la cible au cours du temps.

L'invention a été décrite pour des mesures de type DTPL, mesurant des différences de temps de passage du faisceau d'émission 10 de la source, et pour des mesures de type TDOA, donnant des différences de temps d'arrivée du faisceau d'émission, le faisceau d'émission étant intercepté sur deux ESM distants fixes ou mobiles.

D'autres types de mesures donnant une information sur la différence d'angle d'arrivée et sur la direction d'arrivée du faisceau d'émission peuvent être utilisés, toutes ces mesures permettant de construire géométriquement la solution selon l'invention comme intersection de certains lieux géométriques obtenus à partir de ces mesures. Ces lieux géométriques sont des ensembles de point de l'espace qui donneraient la même mesure si la source était disposée en ces points. On peut ainsi construire des courbes iso-ADOA correspondant à des points de l'espace donnant la même mesure ADOA pour deux récepteurs 21 , 22, ou encore des plans d'altitude 0.

La mesure ADOA et la mesure DOA peut être réalisées de différentes façons comme cela a été indiqué précédemment. Un système mettant en œuvre le procédé selon l'invention, comporte au moins un réseau de capteurs ESM effectuant les différentes mesures et des moyens de traitement pour déterminer la localisation d'une source d'émission électromagnétique à partir de ces mesures. Les moyens de traitement sont par exemple intégrés dans un dispositif apte à communiquer avec les capteurs ESM. À partir des signaux reçus par les capteurs, les moyens de traitement déterminent les différences d'angles d'arrivée et le directions d'arrivée. À cet effet, les signaux reçus par les capteurs sont enregistrés, sous leurs formes I et Q, et datés, Ces informations I et Q et les dates correspondantes sont alors envoyées au dispositif de traitement qui peut mettre en œuvre le procédé selon l'invention. Ce dispositif peut être embarqué ou peut être au sol.

La description a été faite pour un système comportant un réseau de deux capteurs.

Il est possible de réaliser un système réduit à un seul capteur ESM. Dans ce cas :

- la mesure de type ADOA considérée est une mesure différentielle intégrée pendant l'évolution dans l'espace du porteur de l'unique capteur ESM, entre deux positions consécutives de mesure, par exemple en tenant compte de la différence de phase mesurée sur une grande base interférométrique ou LBPDE, FDOA ou DTPL ;

- la mesure d'AOA peut être une mesure angulaire classique, obtenue par exemple par un dispositif interférométrique.