La présente invention concerne ^" un procédé de mesure de la vitesse de l'air dans une zone de l'atmosphère .

ARRIERE PLAN DE L'INVENTION En météorologie, il est connu de mesurer la vitesse de l'air au moyen d'un radar en utilisant l'effet Doppler : le radar émet des trains d'ondes ou impulsions sinusoïdales qui sont retournées vers le radar par des particules en suspension dans l'air ; si l'air a un mou- vement provoquant un éloignement ou un rapprochement des particules relativement au radar, les impulsions retournées au radar présentent un décalage de phase par rapport aux impulsions émises, décalage qui permet de calculer la vitesse radiale des particules par rapport au radar et donc la vitesse de l'air qui les transporte. La vitesse peut ainsi être déterminée sans ambiguïté si la vitesse réelle des particules est comprise dans un intervalle dit de Nyquist dépendant de la cadence d'émission des impulsions (également appelée fréquence d'émission). Si la vi- tesse réelle des particules est en dehors de cet intervalle, la vitesse calculée est égale à la vitesse réelle modulo la largeur de l'intervalle de Nyquist. On parle alors d'un repliement, dans l'intervalle de Nyquist, de la vitesse calculée. Pour augmenter la largeur de cet intervalle, il est connu d'augmenter la cadence d'émission des impulsions. Il en découle cependant un certain nombre d'inconvénients, et notamment une forte sollicitation de l'émetteur, une consommation importante de celui-ci et une di- minution de la portée du radar.

Il est également possible d'utiliser un radar de longueur d'onde plus importante. Un tel radar est cependant coûteux.

Il est en outre connu d'émettre des rafales d'im- pulsions selon une première et une deuxième cadence

d'émission des impulsions, la substitution d'une cadence à 1 ' autre intervenant après chaque rafale (procédé " dual puise répétition frequency - PRF " ou double fréquence de répétition des impulsions) . En combinant les vitesses calculées à partir des impulsions reçues en retour des impulsions émises lors de rafales successives, la vitesse des particules peut être déterminée sans ambiguïté dans un intervalle de Nyquist élargi. Toutefois, comme l'antenne du radar tourne sans cesse, la zone d'atmosphère vers laquelle est émise une rafale à la première cadence d'émission est légèrement différente de celle vers laquelle est émise la rafale suivante à la deuxième cadence d'émission. Il en résulte une imprécision de la détermination de vitesse d'autant plus importante que le radar est implanté dans une zone où la vitesse de l'air présente de fortes variations locales et que la vitesse de rotation du radar est élevée.

OBJET DE L'INVENTION II serait donc intéressant de disposer d'un moyen permettant de précisément déterminer la vitesse de l'air avec un intervalle de Nyquist relativement important .

BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION

A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un procédé de mesure de la vitesse de l'air dans une zone de l'atmosphère par effet Doppler au moyen d'un radar, comprenant les étapes de :

- émettre des rafales de trois impulsions à des cadences différentes F _x , F ₂ , F ₃ ,

- déterminer une vitesse V ₁ , V ₂ , V ₃ de l'air à partir d'impulsions reçues en retour des impulsions de chaque rafale,

- calculer la vitesse V de l'air à partir des vitesses Vi, V ₂ , V ₃ déterminées pour les impulsions reçues en retour de chaque rafale. Ainsi, chaque impulsion est émise à une cadence

différente de celle des impulsions suivantes. L'intervalle de Nyquist est obtenu en combinant les trois cadences d'émission de sorte que l'intervalle de Nyquist est relativement large. Les impulsions aux trois cadences d'émission sont émises successivement vers une même zone de l'atmosphère, ce qui limite l'imprécision du procédé.

De préférence, le calcul de la vitesse V de l'air comprend les phases de :

- calculer les vitesses de Nyquist V _nl , V _n2 , V _n3 - correspondant à chaque cadence Fi, F ₂ , F ₃ et la vitesse de

Nyquist équivalente V _neg/

- pour chaque valeur d'un nombre entier k variant dans l'intervalle [-V _neq / 2V _nl + % ; V _neq / 2Vm + %] ,

. calculer une vitesse V _tes t = Vi + 2kV _n i, . replier la vitesse V _test dans les intervalles

[-V ₁₁₂ , V ₁₁₂ ] et [-Vn ₃ , V _n3 ] pour obtenir les vitesses V ₂ ' et V ₃ ',

. calculer les écarts ΔV ₂ = V ₂ '-V ₂ et ΔV ₃ = V ₃ '- V ₃ et l'écart quadratique moyen + ΔV ₃ ² ) / 2), - retenir comme vitesse V la vitesse V _test correspondant au plus faible écart quadratique moyen.

Ce mode de calcul s'avère relativement fiable et simple à mettre en œuvre informatiquement avec des ressources informatiques relativement faibles. Avantageusement, les cadences F ₁ , F ₂ , F ₃ sont relativement proches.

Ceci n'entraîne qu'une sollicitation relativement faible de l'émetteur du radar et limite l'usure de celui-ci.

Selon un mode de ' mise en oeuvre particulier, le procédé comprend une étape de détermination des cadences

Fi^ F ₂ , F ₃ .comprenant les phases de :

-. déterminer des couples de paramètres p/q et r/s tels que p et q ainsi que r et s soient premiers entre eux, q et s soient supérieurs à p et r respectivement, p soit supérieur à q/2 et r soit supérieur à s/2,

- sélectionner une fréquence Fi et calculer une vitesse de Nyquist V _n i correspondante,

- choisir une vitesse V correspondant à la vitesse maximale de l'air dans la zone de mesure et replier la vitesse V dans l'intervalle [-V _nl , V _nl ] pour obtenir la vitesse V ₁ ' ,

- pour chaque couple p/q et r/s :

.calculer des cadences F ₂ = p/q * Fi et F ₃ = r/s * Fi et les vitesses de Nyquist V _n2/ V _n3 , .calculer la vitesse de Nyquist équivalente

V _neq = ppcm(p, r) * V _n i,

.pour chaque valeur d'un nombre entier k variant dans l'intervalle [-V _neq / 2Vm + % ; V _neq / 2Vm + %] , * calculer une vitesse V _test = Vi'+ 2kV _n i,

* replier la vitesse V _test dans les intervalles [-V _n2/ Vn ₂ ] et [-V _n3 , V _n3 ] pour obtenir les vitesses V ₂ ' et V ₃ ' ,

* calculer les écarts ΔV ₂ = V ₂ '-V ₂ et ΔV ₃ = V ₃ '-V ₃ et l'écart quadratique moyen E=V((ΔV ₂ ²

+ ΔV ₃ ² ) / 2) ,

.retenir la vitesse V _tes t correspondant au plus faible écart quadratique moyen.

- comparer les vitesses V _tes t obtenues pour tous les couples et la vitesse V pour sélectionner le meilleur couple.

Ce mode de détermination est relativement simple, fiable et rapide.

Avantageusement alors, la comparaison comprend les phases de calculer pour tous les couples l'écart Δ' = V _test - V . et de vérifier si Δ' est inférieur à la moitié de la vitesse de Nyquist V _nX .

Ce mode de comparaison allie simplicité et efficacité. De préférence encore, le procédé comprend l'étape

d'affecter aux vitesses V ₁ ', V ₂ ' et V ₃ ', avant leur utilisation dans les calculs, un bruit correspondant au bruit propre au radar et aux conditions atmosphériques habituelles dans la zone de mesure et l'étape de replier les vitesses V ₁ ' , V ₂ ' et V ₃ ' ainsi bruitées dans les intervalles [-Vm, Vm] / [-V _n2 , V ₁₁₂ ] et [-V _n3 , V _n3 ] pour obtenir les vitesses V ₁ ' , V ₂ ' et V ₃ ' utilisées par la suite dans les calculs.

Il est ainsi possible de déterminer des cadences d'émission qui soient optimisées pour la zone d'atmosphère où les mesures de vitesse sont effectuées.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de mise en oeuvre particulier non limita- tif de l'invention.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

II sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :

- la figure 1 est un diagramme par blocs illus- trant le déroulement général du procédé de l'invention,

- la figure 2 est un diagramme par blocs illustrant le déroulement de l'étape de détermination des fréquences conformément à l'invention,

- la figure 3 est un schéma illustrant l'émission des impulsions dans le temps.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence aux figures, le procédé conforme à l'invention est mis en oeuvre au moyen d'un radar Doppler susceptible d'émettre des rafales d'impulsions en chan- géant la cadence d'émission entre chaque impulsion.

Pour la mesure de la vitesse de l'air, le procédé de l'invention débute par l'étape 30 d'émettre des rafales de trois impulsions 1, 2, 3 à des cadences différentes F ₁ , F ₂ , F ₃ (la durée tl séparant les impulsions 1 et 2 est différente de la durée t2 séparant les impulsions 2

et 3 et la durée t3 séparant l'impulsion 3 d'une rafale de l'impulsion 1 de la rafale suivante est également différente des durées tl et t2 , voir figure 3) .

Lorsqu'une impulsion rencontre des particules en suspension dans l'air, ces particules renvoient une impulsion vers le radar.

Le procédé se poursuit ainsi par une étape 40 de détermination de vitesses Vi, V ₂ , V ₃ de l'air à partir des impulsions reçues en retour des impulsions 1, 2, 3 de chaque rafale. Le calcul des vitesses Vi, V ₂ , V ₃ est connu en lui-même et repose sur la formule suivante : V = Fd * λ / 2 où Fd est le décalage en fréquence de l'impulsion reçue par rapport à l'impulsion émise (également appelé fréquence Doppler) . La vitesse V de l'air est ensuite calculée à partir des vitesses V ₁ , V ₂ , V ₃ déterminées pour les impulsions reçues en retour de chaque rafale (étape 50) .

Le calcul de la vitesse V de l'air nécessite d'avoir calculé les vitesses de Nyquist V _nl , V _n2/ V _n3 correspondant à chaque cadence Fi, F ₂ , F ₃ et la vitesse de

Nyquist équivalente V _neg (étape 20) . On rappelle que la vitesse de Nyquist est égale au produit de la longueur d'onde de l'impulsion et de la cadence d'émission divisé par 4. A titre d'exemple, V _n i = λ* F _x / 4. Le calcul de la vitesse de Nyquist équivalente V _ne q est réalisé à partir des rapport de cadences relativement à la cadence F ₁ et de la vitesse de Nyquist V _nl comme cela est expliqué plus loin dans la description de l'étape de détermination des cadences . Ensuite, on fait varier un nombre entier k dans l'intervalle [-V _neq / 2V _nl + % ; V _neq / 2V _nl + ^] et pour chaque valeur de k dans cet intervalle :

.une vitesse V _tes t = V ₁ + 2kV _nl est calculée, .la vitesse V _tes t est repliée dans les inter- valles [-V _n2 , V _n2 ] et [-V _n3 , V _n3 ] pour obtenir les vitesses

V ₂ ' et V ₃ ', V ₂ ' = V _test modulo (2V _n2 ) et V ₃ ' = V _test modulo (2 V ₁₁₃ ) ,

.les écarts ΔV ₂ = V ₂ ' -V ₂ et ΔV ₃ = V ₃ ' -V ₃ et l'écart quadratique moyen (ΔV ₂ ² + ΔV ₃ ² ) / 2) sont cal- culés .

Puis les écarts quadratiques moyens obtenus pour toutes les valeurs de k sont comparés les uns aux autres et la vitesse V _te st correspondant au plus faible écart quadratique moyen est retenue comme étant la vitesse V de l'air (étape 60) .

Pour mettre en oeuvre le procédé de l ' invention, il est nécessaire d'avoir préalablement déterminé les cadences d'émission des impulsions F ₁ , F ₂ , P ₃ . L'étape 10 de détermination des cadences Fi, F ₂ , F ₃ est détaillé sur la figure 2 et débute par une phase 11 de détermination de couples de rapports de paramètres p/q et r/s qui serviront à définir les cadences F ₂ , F ₃ en fonction de Fi . F ₂ = p/q * Fi et F ₃ = r/s * F _x .

De préférence, afin d'optimiser la recherche de ces couples, des contraintes sont imposées dans le choix des paramètres p, q, r, s :

- p et q ainsi que r et s sont premiers entre eux,

- q et s sont supérieurs à p et r respectivement, - p/q est supérieur à r/s,

- p est supérieur à q/2,

- r est supérieur à s/2.

Les paramètres p et r sont avantageusement supérieurs à q/2 et s/2 respectivement, pour éviter que les cadences F ₂ et F ₃ soient très inférieures à la cadence F ₁ , ce qui risquerait de provoquer une usure du magnétron du radar. , ^•

En pratique, pour restreindre le nombre de possibilités, il est possible de limiter la valeur de p à 11. En outre, on s'est aperçu que pour une efficacité

maximale du procédé le paramètre q est- de préférence égale à p + 1.

L'étape de détermination des cadences d'émission des impulsions se poursuit par une phase 12 au cours de laquelle interviennent la sélection d'une première cadence F ₁ en fonction des caractéristiques techniques du radar et le calcul d'une vitesse de Nyquist V _nl correspondante. Une vitesse V correspondant à la vitesse maximale de l'air dans la zone de mesure est repliée dans l'intervalle de Nyquist [-Vm, V _nl ] pour obtenir la vitesse V ₁ ', c'est-à-dire V ₁ ' = V modulo (2*V _nl ) . Lors de la phase 13 , un bruit correspondant au bruit propre au radar et aux conditions atmosphériques habituelles dans la zone de mesure est affecté à la vitesse V ₁ ' et la vitesse V ₁ ' ainsi bruitée est repliée comme précédemment dans l'intervalle [-Vm _/ V _nl ] pour obtenir la vitesse V ₁ ' utilisée par la suite dans les calculs. Le bruit ajouté à la vitesse V ₁ ¹ est un bruit de distribution gaussienne de moyenne nulle et d'écart-type paramétrable de manière que ce bruit correspondent à celui rencontré en conditions d'utilisation.

Les opérations suivantes sont ensuite réalisées pour chaque couple p/q et r/s (phase 14) :

. calcul des cadences F ₂ = p/q * F ₁ et F ₃ = r/s * F ₁ et les vitesses de Nyquist V _n2 , V _n3 correspondantes .

. calcul de la vitesse de Nyquist équivalente V _neq en multipliant la vitesse de Nyquist V _nl par le plus petit commun multiple des paramètre p et r (V _neq = ppcm(p, r) * V ₁₁₁ ) , pour chaque valeur de k entier variant dans _; l'intervalle [-V _neq / 2V _nl + U ; V _neq / 2V _nl + %] ,

* calculer une vitesse V _tes t = V ₁ '+ 2kV _nl/

* replier la vitesse V _test dans les intervalles [-V _n2 , V _n2 ] et [-V ₁₁₃ , V _n3 ] pour obtenir les vi-

tesses V ₂ ' et V ₃ ' ,

* comme pour la vitesse Vi ¹ , affecter aux vitesses V ₂ ' et V ₃ ' un bruit correspondant au bruit propre au radar et aux conditions atmo- sphériques habituelles dans la zone de mesure et replier les vitesses V ₂ ' et V ₃ ' ainsi brui- tées dans les intervalles [-V _n2 , V ₁₁₂ ] et [-V _n3 , V _n3 ] pour obtenir les vitesses V ₂ ' et V ₃ ' utilisées dans la suite des calculs, * calculer les écarts ΔV ₂ = V ₂ '-V ₂ et ΔV ₃ = V ₃ '-

V ₃ et l'écart quadratique moyen (ΔV ₂ ² + ΔV ₃ ² ) / 2), retenir la vitesse V _test correspondant au plus faible écart quadratique moyen. L'étape de détermination des cadences d'émission des impulsions se termine par la comparaison 15 des vitesses V _test obtenues pour tous les couples et la vitesse V pour sélectionner le meilleur couple. Cette comparaison comprend les phases de calculer pour tous les couples l'écart Δ' = V _tes t - V', de comparer les écarts Δ' et de vérifier si Δ' est inférieur à la moitié de la vitesse de Nyquist V _nl . Pour affiner la sélection du meilleur couple, il est en outre possible de comparer les écarts quadratiques moyens obtenus en recherchant le couple présentant l'écart Δ' et l'écart quadratique moyen E les plus faibles ou le couple offrant le meilleur compromis entre ces deux écarts.

A titre d'exemple, compte tenu des conditions atmosphériques de la France et plus particulièrement des turbulences de l'air dans ce pays, les paramètres suivants donnent des résultats satisfaisants : p = 6, q = 7, r = 4, s = 5 ou p = 7, q = 8, r = 2 et s = 3.

Ainsi, en choisissant une cadence F ₁ à 375 Hz, on obtient, avec le premier jeu de paramètres, F ₂ = 321 Hz et F ₃ = 300 Hz.

Ces paramètres sont bien entendu utilisables pour toutes les zones présentant des conditions similaires à celles rencontrées en France.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications.

Le procédé de détermination des fréquences peut être réalisé pour plusieurs niveaux de bruits afin d'éva- luer la pertinence des couples retenus par rapport aux niveaux de bruits rencontrés.

Les valeurs numériques ne sont données qu'à titre indicatif et d'autres valeurs sont bien entendu utilisables .