analyse signatures cibles aide du radar

Analyse des Signatures de Cibles a` laide du Radar HF

VHF Multifrequence et Multipolarisation MOSAR

Arnaud David

To cite this version:

Arnaud David. Analyse des Signatures de Cibles a` laide du Radar HF VHF Multifrequenceet Multipolarisation MOSAR. Traitement du signal et de limage. Universite Rennes 1, 1999.Francais.

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Submitted on 11 Jul 2006

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a) N d'ordre : 2235

0.1.2. THSE prsente

0.1.2.1. DEVANT L'UNIVERSIT DE RENNES 1 pour obtenir

le grade de : DOCTEUR DE L'UNIVERSIT DE RENNES 1

0.1.2.1. Mention : Traitement du Signal et Tlcommunications

0.1.3. Par

0.1.3.1.1 Arnaud DAVID

quipe d'accueil : Structures Rayonnantes/Radiocommunications, Rennes, France a) cole doctorale : Informatique, Traitement du Signal et

Tlcommunications Composante universitaire : Structures et Proprits de la Matire

Soutenue le 29 octobre 1999 devant la Commission d'Examen

Composition du jury : M. L. BERTEL Professeur l'Universit de Rennes 1 Prsident

M. J. SAILLARD Professeur l'IRESTE, Nantes Rapporteur M. M. GRANGER Ingnieur DGA/STTC, Paris Rapporteur

M. A. BOURDILLON Professeur l'Universit de Rennes 1 Examinateur M. C. BROUSSEAU Matre de Confrences l'Universit de Rennes 1 Examinateur M. M. LENOIR Directeur technique THOMSON-CSF/AIRSYS Examinateur

ANALYSE DES SIGNATURES DE CIBLES A L'AIDE DU RADAR HF-VHF MULTIFREQUENCE ET MULTIPOLARISATION MOSAR

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Je voudrais exprimer mes plus sincres remerciements Monsieur Le Professeur Louis BERTEL, pour m'avoir fait dcouvrir et apprcier le monde de la recherche en m'accueillant au sein du Laboratoire Structures Rayonnantes/Radiocommunications, et pour m'avoir fait l'honneur de prsider le jury.

Je tiens remercier vivement Monsieur Le Professeur Alain BOURDILLON pour m'avoir guid durant ce travail en me faisant bnficier de son exprience et de sa rigueur scientifique, qui m'ont t extrmement prcieuses.

J'exprime ma profonde reconnaissance Monsieur Christian BROUSSEAU, Matre de Confrences, pour toute l'aide et les encouragements qu'il m'a constamment apports dans la ralisation de ce travail, ainsi que pour sa disponibilit.

Que Monsieur Michel GRANGER et Monsieur Le Professeur Joseph SAILLARD soient sincrement remercis de l'honneur qu'ils m'ont fait en s'intressant ce travail, et en acceptant la lourde tche de rapporteur.

Lors de cette tude, une collaboration a t mene avec la socit THOMSON-CSF/AIRSYS et l'ONERA. Je remercie particulirement Monsieur Michel LENOIR qui m'a fait le plaisir d'honorer de sa prsence le jury. Je remercie galement Messieurs Marc LESTURGIE et Jean-Paul MARCELLIN pour les fructueuses discussions que nous avons eues.

Cette tude a t soutenue par la DGA. Je remercie ce propos nouveau Monsieur Michel GRANGER. Je tiens associer ces remerciements Mesdames Arlette ESNAULT et Bndicte CHEVRIER, pour leur aide

prcieuse lors de la prparation de ce mmoire, et l'ensemble du personnel technique avec en particulier Monsieur Marcel LEGENDRE, qui a facilit la mise en place des exprimentations.

Je n'omettrais pas de remercier l'ensemble des chercheurs et ingnieurs du laboratoire pour leur disponibilit et leur soutien. Ma gratitude va en particulier Monsieur Nicolas VERNEUIL pour m'avoir support durant ces quelques annes.

Enfin, je ne remercierais jamais assez ma famille, mes amis et Valrie, pour l'attention et la comprhension dont ils ont fait preuve, et pour le soutien qu'ils m'ont apport.

Remerciements

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A mes parents, pour leur soutien A Valrie, pour sa comprhension A mon fils Evan,

pour tout ce qu'il m'apporte.

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TABLE DES MATIERES

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Liste des figures __________________________________________________ 1

Liste des tableaux _________________________________________________ 7

Introduction _____________________________________________________ 9

Chapitre 1 Gnralits _____________________________________________________ 11

1.1. Signaux multifrquences pour la classification de cibles _______________________12 1.1.1. Synthse d'impulsions _______________________________________________________ 12 1.1.2. Analyse multifrquence ______________________________________________________ 15

1.1.2.1. Les mthodes structurelles ________________________________________________ 15 1.1.2.2. Autres mthodes _______________________________________________________ 16

1.1.2.2.1. Analyse des courbes phase/frquence ____________________________________ 16 1.1.2.2.2. Analyse des fluctuations de la SER ______________________________________ 16

1.1.3. Conclusion _______________________________________________________________ 16

1.2. Projet MOSAR _________________________________________________________17

Chapitre 2 Systme radar MOSAR _________________________________________ 19

2.1. Revue d'ensemble des tudes et rsultats antrieurs __________________________19

2.2. Amlioration des performances du systme ________________________________ 20 2.2.1. Introduction ______________________________________________________________ 20 2.2.2. Systme antennaire _________________________________________________________ 21 2.2.3. Systmes d'mission/rception ________________________________________________ 24

2.2.3.1. Systme d'mission ______________________________________________________ 24 2.2.3.2. Systme de rception ____________________________________________________ 27

2.2.4. Systme informatique _______________________________________________________ 29 2.2.4.1. Acquisition des donnes __________________________________________________ 29 2.2.4.2. Gestion du systme _____________________________________________________ 30

2.3. Caractrisation du systme ______________________________________________ 32 2.3.1. Description________________________________________________________________ 32

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2.3.2. Limitations et potentiels ______________________________________________________ 34

2.4. Conclusion ___________________________________________________________ 35

Chapitre 3 Dtermination exprimentale de la SER _________________________ 37

3.1. Traitement des signaux et extraction des paramtres _________________________ 37 3.1.1. Formation de voie __________________________________________________________ 37 3.1.2. Analyse spectrale ___________________________________________________________ 39

3.2. Description des exprimentations_________________________________________ 40 3.2.1. Station exprimentale de Monterfil _____________________________________________ 40 3.2.2. Conditions de mesures _______________________________________________________ 42

3.3. Analyse des donnes____________________________________________________ 45 3.3.1. Estimation de la cohrence des signaux __________________________________________ 45

3.3.1.1. tude temporelle du signal ________________________________________________ 46 3.3.1.1.1. Notion de case distance _______________________________________________ 46 3.3.1.1.2. Temps d'observation de la cible _________________________________________ 46 3.3.1.1.3. Extraction du signal temporel __________________________________________ 46 3.3.1.1.4. Influence de la variation de l'angle d'observation ____________________________ 49 3.3.1.1.5. Temps d'intgration __________________________________________________ 51

3.3.1.2. Cohrence frquentielle __________________________________________________ 52 3.3.1.2.1. Notion de cohrence _________________________________________________ 52 3.3.1.2.2. Application aux signaux mesurs ________________________________________ 53

3.3.1.3. Conclusion ____________________________________________________________ 54 3.3.2. Rsultats des campagnes de mesures_____________________________________________ 54

3.3.2.1. Analyse des rsultats _____________________________________________________ 55 3.3.2.2. Comparaison de profils mesurs ____________________________________________ 63 3.3.2.3. Profils de phase ________________________________________________________ 66

3.3.3. Conclusion _______________________________________________________________ 67

Chapitre 4 Dtermination analytique de la SER ____________________________ 69

4.1. Introduction __________________________________________________________ 69

4.2. Prsentation des mthodes de rsolutions __________________________________ 69 4.2.1. Les mthodes asymptotiques __________________________________________________ 70

4.2.1.1. Mthode de loptique gomtrique __________________________________________ 70 4.2.1.2. Thorie gomtrique de la diffraction ________________________________________ 70 4.2.1.3. Mthode de l'optique physique _____________________________________________ 71 4.2.1.4. Thorie physique de la diffraction ___________________________________________ 71

4.2.2. La mthode des moments ____________________________________________________ 71

4.3. Dveloppement de modles numriques - Exemple du Boeing 747-200 _________ 72 4.3.1. Introduction au logiciel de simulation lectromagntique NEC2________________________ 72 4.3.2. Maillage de la structure _______________________________________________________ 73

4.3.2.1. Modlisation filaire du Boeing 747-200 _______________________________________ 73 4.3.2.2. Contraintes de maillage ___________________________________________________ 75

4.3.2.2.1. Longueur des segments _______________________________________________ 75

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4.3.2.2.2. Diamtre des fils_____________________________________________________ 76 4.3.2.3. Influence des diffrents lments constituant l'avion ____________________________ 77 4.3.2.4. Exemple de simulation ___________________________________________________ 78

4.4. valuation de la modlisation ____________________________________________ 79 4.4.1. Prsentation des exprimentations de l'ONERA ___________________________________ 79 4.4.2. Comparaisons azimutales _____________________________________________________ 80 4.4.3. Comparaisons frquentielles ___________________________________________________ 81

4.4.3.1. La rponse impulsionnelle ________________________________________________ 81 4.4.3.2. Holographie ___________________________________________________________ 85

4.4.3.2.1. Principe ___________________________________________________________ 85 4.4.3.2.2. Focalisation de l'image ________________________________________________ 87 4.4.3.2.3. Comparaisons entre les simulations de NEC et les mesures de l'ONERA _________ 89

4.4.4. Conclusion _______________________________________________________________ 94

4.5. Application l'interprtation des exprimentations __________________________ 94

4.6. Conclusion ___________________________________________________________102

Chapitre 5 Classification de cibles_________________________________________ 105

5.1. Introduction __________________________________________________________105

5.2. Critres d'identification _________________________________________________106

5.3. Mthodes de classification ______________________________________________108 5.3.1. Discrimination linaire ______________________________________________________ 108 5.3.2. Critre de Bayes ___________________________________________________________ 109 5.3.3. Rgle du plus proche voisin __________________________________________________ 109

5.3.3.1. Principe _____________________________________________________________ 109 5.3.3.2. Pondration des paramtres de classification __________________________________ 110

5.3.4. Rseaux de neurones _______________________________________________________ 111 5.3.4.1. Gnralits ___________________________________________________________ 111 5.3.4.2. Le classifieur Perceptron Multicouche (MLP) _________________________________ 112

5.3.4.2.1 Principe __________________________________________________________ 112 5.3.4.2.2 Phase d'apprentissage ________________________________________________ 113

5.4. Gnration de la base de donnes ________________________________________116

5.5. valuation des mthodes _______________________________________________118 5.5.1. Modle de bruit ___________________________________________________________ 118 5.5.2. Dfinition de la probabilit d'erreur ____________________________________________ 120 5.5.3. Classification sur les avions __________________________________________________ 121

5.5.3.1. Influence du paramtre de classification _____________________________________ 123 5.5.3.2. Influence du nombre de frquences ________________________________________ 125 5.5.3.3. Influence de la trajectoire_________________________________________________ 127 5.5.3.4. Influence de l'utilisation du terme diffrentiel de phase au lieu de la phase intrinsque

sur la classification _____________________________________________________ 130 5.5.4. Comparaison entre les deux mthodes de classification _____________________________ 131

5.6. Conclusion ___________________________________________________________132

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Conclusion _______________________________________________________ 135 Annexe Diagrammes de rayonnement simuls des antennes du systme MOSAR _______ 139 Bibliographie _____________________________________________________ 145

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LISTE DES FIGURES

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Fig. 1.1 - Bloc-diagramme de la technique du E-pulse. ________________________________________ 14 Fig. 1.2 - Chronologie de la premire phase du projet MOSAR. _________________________________ 17 Fig. 1.3 - Chronologie de la phase II du projet MOSAR. ______________________________________ 18 Fig. 2.1 - Diagrammes de rayonnement simuls et mesurs dune antenne place 7 mtres au-dessus dun sol

moyennement conducteur (=0,001 S/m et r=15), pour une frquence de 40,5 MHz Polarisation horizontale. ______________________________________________________________ 21

Fig. 2.2 - Vue des rseaux d'antennes du systme MOSAR. ___________________________________ 22 Fig. 2.3 - Structure des rseaux d'mission et de rception. ______________________________________ 22 Fig. 2.4 - Diagrammes de rayonnement simuls des rseaux dmission et de rception, pour une frquence de 50 MHz et

pour une direction de vise fixe (lvation = 20 , azimut = 0), au-dessus dun sol moyennement conducteur Polarisation horizontale et verticale. ____________________________________________ 23

Fig. 2.5 - Mesure du TOS dune antenne Racal-Dana RA943 place 6 mtres au-dessus dun sol naturel en polarisation verticale. ________________________________________________________ 24

Fig. 2.6 - Structure du systme d'mission. ________________________________________________ 25 Fig. 2.7 - Rapport on/off pour une voie du bloc de commutateurs (Bloc 4). ___________________________ 26 Fig. 2.8 - Synoptique de la structure de commutation de polarisation de faible puissance.___________________ 26 Fig. 2.9 - Mesure du gain en fonction de la frquence des amplificateurs du bloc 10.______________________ 27 Fig. 2.10 - Structure du systme de rception. ______________________________________________ 28 Fig. 2.11 - Synoptique du bloc d'amplification situ aprs les filtres passe-bande de 112 MHz. ______________ 29 Fig. 2.12 - Architecture du systme d'acquisition. ____________________________________________ 30 Fig. 2.13 - Interface de la saisie des paramtres et du dclenchement des acquisitions. ____________________ 31 Fig. 2.14 - Interface pilotant les diffrentes sources de frquence du systme. ___________________________ 32 Fig. 2.15 - Systme radar MOSAR. ___________________________________________________ 32 Fig. 3.1 - Diffrentes corrections de phase apporter pour la formation de voies. ________________________ 38 Fig. 3.2 - Chane de traitement des signaux acquis par le systme MOSAR. _________________________ 40 Fig. 3.3 - Implantation et vue des antennes du systme MOSAR Monterfil. ________________________ 41 Fig. 3.4 - Couloirs ariens situs proximit de la station exprimentale de Monterfil. ___________________ 41 Fig. 3.5 - Diagrammes de rayonnement simuls des rseaux d'mission/rception pour une direction de vise fixe

(lvation 20, azimut 0), au-dessus d'un sol moyennement conducteur, pour les frquences mises en polarisation horizontale. _____________________________________________________ 42

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LISTE DES FIGURES

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Fig. 3.6 - Diagrammes de rayonnement simuls des rseaux d'mission/rception pour une direction de vise fixe (lvation 20, azimut 0), au-dessus d'un sol moyennement conducteur, pour les frquences mises en polarisation verticale. ________________________________________________________ 43

Fig. 3.7 - Occupation spectrale entre 20 et 100 MHz pour la polarisation horizontale le lundi 22 dcembre 1997._ 43 Fig. 3.8 - Occupation spectrale entre 20 et 100 MHz pour la polarisation verticale le mardi 9 dcembre 1997. ___ 44 Fig. 3.9 - Acquisition sur un Mc Donnell Douglas MD 81/82 en polarisation horizontale. _______________ 47 Fig. 3.10 - Signaux temporels acquis sur le Mc Donnell Douglas MD81/82. ________________________ 48 Fig. 3.11 - Position de la cible par rapport au radar. _________________________________________ 49 Fig. 3.12 - Dplacement de la cible d'une distance d1. _________________________________________ 49 Fig. 3.13 - Variations de la SER simules en fonction du site d'observation, en polarisation horizontale, pour un

Boeing 747-200 aux frquences 30, 40 et 52 MHz.___________________________________ 51 Fig. 3.14 - Variation de l'amplitude du signal en fonction du nombre d'impulsions utilis pour l'intgration. _____ 52 Fig. 3.15 - Fonction de cohrence Boeing 737-200 le 17 septembre 1998 9h25(TU) case distance 12 (33km). 53 Fig. 3.16 - Fonction de cohrence Boeing 737-200 le 17 septembre 1998 9h25(TU) case distance 9 (28 km). 54 Fig. 3.17 - Fonction de cohrence Boeing 737-200 le 15 septembre 1998 15h32(TU) case distance 7 (25km). 54 Fig. 3.18 - Variation de la frquence Doppler en fonction de la distance pour un BAE 146-200 mesure sur 4

frquences, le 22 dcembre 1997 14h13 TU en polarisation horizontale._____________________ 55 Fig. 3.19 - Variation de la frquence Doppler en fonction de la distance pour un Boeing 737 mesure sur 4 frquences le

9 dcembre 1997 14h12 TU en polarisation verticale. ________________________________ 56 Fig. 3.20 - Variation de la frquence Doppler mesure pour un BAE 146 en polarisation horizontale le 22 dcembre

1997 14h13 TU. ________________________________________________________ 57 Fig. 3.21 - Variation de la puissance reue mesure pour un BAE 146-200 en polarisation horizontale, le 22

dcembre 1997 14h13 TU. __________________________________________________ 57 Fig. 3.22 - Variation de la SER reue mesure pour un BAE 146-200 en polarisation horizontale le 22 dcembre

1997 14h13 TU. ________________________________________________________ 58 Fig. 3.23 - Variation de la frquence Doppler mesure pour un Airbus A320 en polarisation horizontale, le 21

septembre 1998 15h30 TU. _________________________________________________ 58 Fig. 3.24 - Variation de la puissance reue, mesure pour un Airbus A320 en polarisation horizontale, le 21 septembre

1998 15h30 TU. ________________________________________________________ 59 Fig. 3.25 - Variation de la SER, mesure pour un Airbus A320 en polarisation horizontale, le 21 septembre 1998

15h30 TU. _____________________________________________________________ 59 Fig. 3.26 - Variation de la frquence Doppler, mesure pour un Boeing 737-200 en polarisation verticale, le 9 dcembre

1997 14h12 TU. ________________________________________________________ 60 Fig. 3.27 - Variation de la puissance reue, mesure pour un Boeing 737-200 en polarisation verticale, le 9 dcembre

1997 14h12 TU. ________________________________________________________ 60 Fig. 3.28 - Variation de la SER, mesure pour un Boeing 737-200 en polarisation verticale, le 9 dcembre 1997

14h12 TU. _____________________________________________________________ 61 Fig. 3.29 - Variation de la frquence Doppler, mesure pour un Boeing 737-200 en polarisation verticale, le 16

dcembre 1997 14h15 TU. __________________________________________________ 61 Fig. 3.30 - Variation de la puissance reue, mesure pour un Boeing 737-200 en polarisation verticale, le 16 dcembre

1997 14h15 TU. ________________________________________________________ 62 Fig. 3.31 - Variation de la SER, mesure pour un Boeing 737-200 en polarisation verticale, le 16 dcembre 1997

14h15 TU. _____________________________________________________________ 62 Fig. 3.32 - Variation de la frquence Doppler en fonction de la distance pour deux Boeing 737-200. _________ 63 Fig. 3.33 - Comparaison de la puissance reue mesure sur 4 frquences en polarisation verticale pour deux Boeing 737-

200 voluant dans l'espace arien le 9/12/97 et le 16/12/97 respectivement 14h12 et 14h15 TU. __ 64 Fig. 3.34 - Variation de la frquence Doppler en fonction de la distance pour deux Mc Donnell Douglas MD81/82.

______________________________________________________________________ 64

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Fig. 3.35 - Comparaison de la puissance reue, mesure sur 4 frquences en polarisation horizontale, pour deux Mc Donnell Douglas MD81/82 voluant dans l'espace arien le 1/12/97 et le 8/12/97 respectivement 16h53 et 13h18 TU. _______________________________________________________ 65

Fig. 3.36 - Variation de la frquence Doppler en fonction de la distance pour deux Boeing 737-200. _________ 65 Fig. 3.37 - Comparaison de la puissance reue mesure sur 4 frquences en polarisation verticale pour deux Boeing 737-

200 voluant dans l'espace arien le 9/12/97 et 18/11/97 respectivement 14h12 et 14h10 TU. ___ 66 Fig. 3.38 - Phase mesure sur le Boeing 737-200 le 9 dcembre 1997 14h12 en polarisation verticale. _______ 67 Fig. 4.1 - Vue d'un Boeing 747-200. ___________________________________________________ 73 Fig. 4.2 - Maillage du Boeing 747-200 compos de 3500 segments. _______________________________ 74 Fig. 4.3 - Influence de la longueur des segments sur le calcul de SER - = 15m. ______________________ 75 Fig. 4.4 - Influence du diamtre des fils Simulations 20 MHz en polarisation HH. __________________ 76 Fig. 4.5 - Influence des diffrents lements de la cible Simulations 20 MHz en polarisation HH. _________ 77 Fig. 4.6 - SER du Boeing en fonction de l'azimut pour un site de 0, la frquence de 20 MHz. ___________ 78 Fig. 4.7 - Principe de mesure de l'ONERA pour un azimut de 0. _______________________________ 79 Fig. 4.8 - Comparaison azimutale la frquence de 20 MHz en polarisation horizontale. ________________ 80 Fig. 4.9 - Comparaison azimutale la frquence de 50 MHz en polarisation horizontale. ________________ 80 Fig. 4.10 - Comparaisons des R.I. synthtises pour un azimut de 90, dans la bande de frquence 20-40 MHz. _ 82 Fig. 4.11 - Comparaisons des R.I. synthtises pour un azimut de 90, dans la bande de frquence 40-60 MHz. _ 82 Fig. 4.12 - Comparaisons des R.I. synthtises pour un azimut de 40 en polarisation HH. _______________ 82 Fig. 4.13 - Comparaisons des R.I. synthtises pour un azimut de 100 dans la bande 20-40 MHz. _________ 83 Fig. 4.14 - Comparaisons des R.I. synthtises pour un azimut de 0 dans la bande 20-40 MHz. ___________ 83 Fig. 4.15 - Rponses impulsionnelles synthtises en fonction de l'azimut - simulations NEC. ______________ 84 Fig. 4.16 - Rponses impulsionnelles synthtises en fonction de l'azimut - mesures ONERA. ______________ 85 Fig. 4.17 - Domaines de transformation de Fourier. __________________________________________ 86 Fig. 4.18 - Principe de focalisation de l'image. ______________________________________________ 87 Fig. 4.19 - Extrapolation du domaine polaire en domaine rectangulaire. ____________________________ 88 Fig. 4.20 - Holographie sur les donnes NEC dans la bande 20-40 MHz en polarisation HH Effet de la

focalisation. ______________________________________________________________ 88 Fig. 4.21 - Holographie sur les donnes ONERA dans la bande 20-40 MHz en polarisation HH Effet de la

focalisation. ______________________________________________________________ 89 Fig. 4.22 - Holographie sur les donnes NEC dans la bande 20-40 MHz, clairement autour de 90. ________ 90 Fig. 4.23 - Holographie sur les donnes ONERA dans la bande 20-40 MHz, clairement autour de 90. _____ 90 Fig. 4.24 - Holographie sur les donnes NEC dans la bande 20-40 MHz, clairement autour de 60. ________ 91 Fig. 4.25 - Holographie sur les donnes ONERA dans la bande 20-40 MHz, clairement autour de 60. _____ 91 Fig. 4.26 - Holographie sur les donnes NEC dans la bande 20-40 MHz, clairement autour de 0. _________ 92 Fig. 4.27 - Holographie sur les donnes ONERA dans la bande 20-40 MHz, clairement autour de 0. ______ 92 Fig. 4.28 - Holographie sur les donnes NEC dans la bande 40-60 MHz, clairement autour de 90. ________ 93 Fig. 4.29 - Holographie sur les donnes ONERA dans la bande 40-60 MHz, clairement autour de 90. _____ 93 Fig. 4.30 - Variation des angles d'observation des cibles le long de leur trajectoire. ______________________ 96 Fig. 4.31 - Variation de la SER et de la puissance reue au rcepteur en fonction de la distance pour les frquences 33,

42, 52, 60 MHz, en polarisation horizontale. _______________________________________ 96 Fig. 4.32 - Variation de la SER et de la puissance reue au rcepteur en fonction de la distance pour les frquences 33,

42, 52 et 60 MHz, en polarisation verticale. ________________________________________ 97 Fig. 4.33 - Variation des angles d'observation des cibles le long de leur trajectoire. ______________________ 98 Fig. 4.34 - Variation de la SER et de la puissance reue au rcepteur en fonction de la distance pour les frquences 33,

42, 52, 60 MHz, en polarisation horizontale. _______________________________________ 99

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LISTE DES FIGURES

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Fig. 4.35 - Variation de la SER et de la puissance reue au rcepteur en fonction de la distance pour les frquences 33, 42, 52, 60 MHz, en polarisation verticale. _________________________________________ 99

Fig. 4.36 - Variation des angles d'observation des cibles le long de leur trajectoire. _____________________ 100 Fig. 4.37 - Variation de la SER et de la puissance reue au rcepteur en fonction de la distance pour les frquences 33,

42, 52, 60 MHz, en polarisation horizontale. ______________________________________ 101 Fig. 4.38 - Variation de la SER et de la puissance reue au rcepteur en fonction de la distance pour les frquences 33,

42, 52, 60 MHz, en polarisation verticale. ________________________________________ 101 Fig. 4.39 - Variation de la SER et de la puissance reue au rcepteur en fonction de la distance pour les frquences 33,

42, 52, 60 MHz, en polarisation verticale pour un Airbus A320. ________________________ 102 Fig. 4.40 - volution de la mmoire RAM en fonction du nombre de segments (logiciel NEC). ____________ 103 Fig. 5.1 - Exemple de rseau perceptron multicouche. ________________________________________ 112 Fig. 5.2 - Modles filaires des avions Airbus A320, Boeing 737-200 et Boeing 747-200.________________ 117 Fig. 5.3 - Images holographiques focalises des avions de la base de donnes dans la bande 20-60 MHz, en polarisation

horizontale pour un clairement autour de 90. ______________________________________ 118 Fig. 5.4 - Synoptique de la procdure de calcul de la probabilit d'erreur pour la mthode du plus proche voisin et du

rseau de neurone MLP._____________________________________________________ 121 Fig. 5.5 - Visualisation du trajet de la cible pour les simulations, ainsi que des variations en site et en gisement

correspondant son dplacement. _______________________________________________ 122 Fig. 5.6 - Influence du critre de classification dans le cas du plus proche voisin en polarisation horizontale et en

polarisation verticale. _______________________________________________________ 123 Fig. 5.7 - Influence du critre de classification dans le cas du rseau de neurones MLP en polarisation horizontale et en

polarisation verticale. _______________________________________________________ 124 Fig. 5.8 - Influence du nombre de frquences sur le potentiel d'identification dans le cas du plus proche voisin pour les

polarisations horizontale et verticale. _____________________________________________ 125 Fig. 5.9 - Influence du nombre de frquences sur le potentiel d'identification dans le cas rseau MLP pour les

polarisations horizontale et verticale. _____________________________________________ 126 Fig. 5.10 - volution de la probabilit d'erreur en fonction du rapport signal sur bruit, pour 2, 4 et 8 frquences. Etude

ralise en polarisation verticale l'aide de la mthode du plus proche voisin. ___________________ 127 Fig. 5.11 - Variation de Pe en fonction de la trajectoire pour les deux polarisations, en utilisant la mthode du plus

proche voisin. ____________________________________________________________ 128 Fig. 5.12 - Variation de Pe en fonction de la trajectoire pour les deux polarisations, en utilisant le rseau de neurones

MLP._________________________________________________________________ 129 Fig. 5.13 - Influence de l'utilisation du terme au lieu de la phase sur la classification Comparaison pour les

classifieurs du plus proche voisin et du rseau MLP pour les deux polarisations. ________________ 130 Fig. 5.14 - Comparaison des deux mthodes pour la classification partir de l'amplitude, pour les polarisations

horizontale et verticale. ______________________________________________________ 131 Fig. 5.15 - Comparaison des deux mthodes pour la classification partir du terme de phase , pour les polarisations

horizontale et verticale. ______________________________________________________ 131 Fig. 5.16 - Comparaison des deux mthodes pour la classification partir des deux paramtres simultanment, pour les

polarisations horizontale et verticale. _____________________________________________ 132 Fig. A.1 - Diagrammes de rayonnement simuls par la mthode RCM du rseau dmission, pour une frquence de

50 MHz, au-dessus dun sol moyennement conducteur (=0,001 S/m et r=15) Polarisation horizontale._____________________________________________________________________ 140

Fig. A.2 - Diagrammes de rayonnement simuls par la mthode RCM du rseau de rception, pour une frquence de 50 MHz, au-dessus dun sol moyennement conducteur (=0,001 S/m et r=15) Polarisation horizontale._____________________________________________________________________ 141

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LISTE DES FIGURES

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Fig. A.3 - Diagrammes de rayonnement simuls par la mthode RCM du rseau dmission, pour une frquence de 50 MHz, au-dessus dun sol moyennement conducteur (=0,001 S/m et r=15) Polarisation verticale._____________________________________________________________________ 141

Fig. A.4 - Diagrammes de rayonnement simuls par la mthode RCM du rseau de rception, pour une frquence de 50 MHz, au-dessus dun sol moyennement conducteur (=0,001 S/m et r=15) Polarisation verticale._____________________________________________________________________ 141

Fig. A.5 - Diagrammes de rayonnement simuls par la mthode RCM du rseau dmission, pour une frquence de 50 MHz et pour une direction de vise fixe (lvation = 20 , azimut = 0), au-dessus dun sol moyennement conducteur (=0,001 S/m et r=15) Polarisation horizontale. ________________ 142

Fig. A.6 - Diagrammes de rayonnement simuls par la mthode RCM du rseau de rception, pour une frquence de 50 MHz et pour une direction de vise fixe (lvation = 20 , azimut = 0), au-dessus dun sol moyennement conducteur Polarisation horizontale. __________________________________ 142

Fig. A.7 - Diagrammes de rayonnement simuls par la mthode RCM du rseau dmission, pour une frquence de 50 MHz et pour une direction de vise fixe (lvation = 20 , azimut = 0), au-dessus dun sol moyennement conducteur (=0,001 S/m et r=15) Polarisation verticale. __________________ 143

Fig. A.8 - Diagrammes de rayonnement simuls par la mthode RCM du rseau de rception, pour une frquence de 50 MHz et pour une direction de vise fixe (lvation = 20 , azimut = 0), au-dessus dun sol moyennement conducteur (=0,001 S/m et r=15) Polarisation verticale. __________________ 143

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LISTE DES TABLEAUX

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Tab. 2.1 - Caractristiques gnrales du systme MOSAR l'issue de la premire tranche. ________________ 20 Tab. 2.2 - Caractristiques des systmes d'mission et de rception du radar MOSAR. ___________________ 33 Tab. 3.1 - Frquences mises lors des campagnes de mesures. _____________________________________ 44 Tab. 3.2 - Liste des vols entre Dinard et Nantes le 8/12/97 Extrait des donnes SCTA. ______________ 45 Tab. 4.1 - Paramtres de simulation pour deux Boeing 747-200 suivant la mme trajectoire mais sur des niveaux de vol

diffrents. ______________________________________________________________ 95 Tab. 4.2 - Paramtres de simulation pour trois Boeing 747-200 sur le mme niveau de vol mais suivant des routes

diffrentes. _____________________________________________________________ 98 Tab. 4.3 - Paramtres de simulation pour trois Boeing 747-200 sur le mme niveau de vol mais suivant des routes

diffrentes. ____________________________________________________________ 100 Tab. 5.1 - Caractristiques gnrales des avions de la base de donnes. _____________________________ 116 Tab. 5.2 - Diffrents points de la trajectoire sur lesquels est value la probabilit d'erreur. ________________ 127

Liste des tableaux

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CHAPITRE 1 GENERALITES

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La reconnaissance de cibles consiste dterminer des caractristiques typiques d'objets, permettant leur discrimination. Plusieurs degrs peuvent tre considrs, de la classification l'identification. La classification signifie la dtermination du type ou de la classe de l'objet. L'identification, quant elle, signifie la dtermination de l'identit de l'objet. Elle peut tre considre comme le degr le plus lev de la reconnaissance. Lors de conflits militaires, cette technique est utilise pour dterminer les appareils ennemis des appareils amis. Mais par le pass, la classification automatique des cibles a conduit de nombreuses erreurs [2] : Dans la nuit du 31 juillet 1983, un Boeing 747 d'une compagnie sud corenne, au dpart de New-York destination de la Core, a t abattu par un chasseur SU-15 de la dfense arienne russe. C'est le rsultat d'une erreur de reconnaissance de leur systme de dfense. Le Boeing 747 a t identifi en tant qu'avion de reconnaissance RC-135. Le bilan est de 269 morts.

Le 3 juin 1988, un Airbus A300B iranien, effectuant la liaison Bender-Abba (Iran) - Dubai (mirats Arabes Unis), a t dtruit par un missile SM-2 sous contrle du systme Aegis du croiseur USS Vincennes (USA) dans le Golfe Persique. L'Airbus a t reconnu comme un chasseur F-14. Le bilan est de 298 morts. Le 14 avril 1994, deux hlicoptres militaires amricains, des Black Hawk, ont t abattus au nord de l'Irak par deux chasseurs F-15 amricains. Les passagers et l'quipage des hlicoptres participaient une mission humanitaire. Ils ont t identifis comme des hlicoptres irakiens volant dans une zone interdite au nord du 36me parallle. 12 des 14 passagers sont morts dans l'accident, avec parmi eux, des officiels de l'ONU. Ces lourdes erreurs ont concentr les recherches scientifiques vers l'amlioration des capacits de reconnaissance et essayer de proposer des solutions plus fiables [3][4][5][6]. Pour cela plusieurs approches ont t envisages :

utilisation de radar bande troite,

utilisation de radar bande large,

utilisation de radar multifrquence. Cependant, aucune de ces approches n'apparat comme plus performante car chacune est rgie par des compromis. Malgr cela, la qualit des critres choisis pour discriminer les cibles peut amliorer la reconnaissance.

Chapitre 1

Gnralits

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Un des critres sur lequel peut tre base la reconnaissance de la cible, est sa Surface quivalente Radar (SER). Cette surface fictive caractrise l'cho renvoy par la cible. Elle est dfinie comme tant la surface dont il faudrait disposer, si la cible rtrodiffusait de faon isotrope dans tout l'espace, pour renvoyer un cho de mme puissance que celui effectivement reu par le rcepteur [7][8]. La SER, exprime en champ lointain, s'crit :

224lim

T

RR E

ER = ( 1-1) o ER est le champ transmis par le radar, ET, le champ rtrodiffus par la cible (mesur au niveau de la cible) et R, la distance radar cible. Le concept multifrquence a t retenu dans le cadre du projet MOSAR, pour tudier la SER et les possibilits de reconnaissance. Avant d'introduire le projet MOSAR, une approche de l'utilisation de signaux multifrquences pour la classification de cibles est aborde.

1.1. Signaux multifrquences pour la classification de cibles

1.1.1. Synthse d'impulsions L'illumination d'une cible par une onde lectromagntique de la forme d'une impulsion de Dirac (t) a pour rponse h(t) telle que :

+

= dtethH tj )()( ( 1-2)

+

= deHth tj)()( 21 ( 1-3)

Lorsque les polarisations horizontale et verticale sont mises, on obtient quatre termes en frquence : Hhh(), Hhv(), Hvh(), Hvv(). Si une cible est claire sur une bande assez large, elle peut tre considre comme un filtre linaire paramtres constants, qui possde des frquences de rsonances lies ses formes et ses dimensions, mais indpendantes des angles daspect. Pour cela, la longueur d'onde doit correspondre la rgion de rsonance (zone pour laquelle la longueur d'onde est de l'ordre de grandeur des dimensions de la cible), et le spectre doit tre suffisamment large. Cela peut tre ralis l'aide de signaux multifrquences, ces derniers pouvant remplacer des impulsions courtes. Il est possible alors de remonter la forme de la cible, ou d'en extraire les rsonances naturelles, en tudiant sa rponse impulsionnelle. Si l'on s'intresse la reconnaissance sans reconstruction de forme, la rponse transitoire cre par une impulsion peut tre approxime selon la mthode d'expansion singulire (SEM1) [2][4][6][9]. Cette mthode permet de quantifier le champ lectromagntique transitoire de la cible illumine par une impulsion : la cible est alors considre comme un systme linaire et isotrope dans le temps, paramtres localiss et sans conditions initiales :

)()()(

pHpRpG = ( 1-4)

o R(p) est la transforme de Laplace de la rponse de la cible, H(p), la transforme de Laplace de la rponse impulsionnelle du systme et G(p), la transforme du systme linaire. R(p) et H(p) sont des polynmes de racines complexes pi. Aussi, dans le cas de la rponse impulsionnelle du systme, la transforme de Laplace peut s'crire :

= =n

i i

i

ppApH

1)( ( 1-5)

o Ai sont les rsidus et pi, les ples. Si on applique une transforme inverse de Laplace, on obtient :

=

=n

i

tpi

ieAth1

)( ( 1-6)

1 Singularity Expansion Method.

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H(p) peut donc tre dcrite uniquement par ses ples et ses rsidus. D'un point de vue physique, la rponse impulsionnelle h(t) est soit une distribution de courant la surface de la cible, soit une distribution d'intensit du champ rflchi [2]. Ce champ rtrodiffus peut servir la reconnaissance. Dans le cas d'un corps tendu, les rsidus sont tributaires de l'orientation de la cible, ce qui augmente le nombre de termes de la srie. Dans la pratique, il a t observ que les contributions majeures sont essentiellement dues quelques termes. Ds lors, pour reconnatre une cible, la valeur des ples peut tre calcule partir de sa rponse transitoire. On discrtise le champ lectrique pour une cible observe sous des aspects angulaires fixs :

=

=N

i

tmpim

ieAtE1

)( Mm K1= ( 1-7) t est le pas de discrtisation et M, le nombre d'chantillons. Si (m+1) 2N et si t est constant, alors ce systme d'quations non linaires peut tre rsolu par la mthode de Prony [4]. L'ide est de reprsenter le rgime transitoire f(t) du systme linaire utilis pour reprsenter la cible comme une suite d'exponentielles :

=

=I

i

tpi

ieAtf1

)( ( 1-8)

o I est suppos tre un nombre fini. Des tudes ont t menes sur la base de cette mthode [6], et plusieurs problmes ont t rencontrs :

mthode utilisable uniquement dans le cas de ples simples,

besoin de la connaissance du nombre de ples (une mauvaise connaissance entrane un risque de drive des ples par rapport aux vraies valeurs),

mthode trs sensible au bruit (loignement trs rapide des solutions si le rapport signal sur bruit est trop faible).

Certaines quipes se sont penches sur ces problmes et proposent des alternatives, entre autre pour tendre la mthode aux cas des ples multiples et pour la dtermination du nombre de ples [9]. Par contre, la sensibilit au bruit reste un problme dlicat et la mthode ncessite des donnes bien agences . En effet, l'algorithme de base est un algorithme mal conditionn [6], et pour y palier, des algorithmes plus robustes ont t dvelopps. Pour rduire le problme d'extraction de rsonances d'une cible dans les applications radar, des techniques utilisant des impulsions synthtises, comme par exemple le E-pulse (Extinction pulse) ont t tudies [6][10]. Le principe de cette technique est de venir convoluer la rponse transitoire de la cible avec un E-pulse qui est dfini pour une cible donne, partir de ses rsonances. Le rsultat de cette convolution tend soit vers une fonction nulle dans le cas du E-pulse, soit vers une fonction mono-mode dans le cas du S-pulse (Single-mode extraction pulse).

RPONSE DE LA CIBLE UNE IMPULSION

E-PULSESYNTHTIS

CONVOLUTION

PARAMTRES DE LACIBLE SUSPECTE

FONCTION NULLE

FIG. 1.1 - Bloc-diagramme de la technique du E-pulse.

Chaque cible possde un jeu unique de frquences de rsonances, lies aux diffrents lments qui la constituent. La reconnaissance est alors base sur le fait qu'une seule cible peut aprs convolution avec un E-pulse donn, tendre vers une fonction nulle. Ds lors, la rponse d'une cible inconnue convolue avec les diffrentes rponses des cibles rpertories nous permettra de remonter l'identification. Un des problmes de cette mthode, est le besoin de connatre les frquences de rsonances d'une cible donne afin de pouvoir synthtiser le E-pulse. Aussi, une librairie des frquences de rsonances des diffrentes cibles est ncessaire. L'application pratique met en vidence plusieurs problmes [6][10] :

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le besoin de concevoir des antennes de rception et d'mission optimales associes un signal optimal, ainsi que la gnration d'une impulsion lectromagntique de forte puissance (intrt du multifrquence),

la ncessit d'affiner la technique du E-pulse, cest--dire une extraction minutieuse des frquences de rsonances de la cible mesure afin de palier aux problmes de discrimination et de sensibilit au bruit.

1.1.2. Analyse multifrquence Les techniques prsentes prcdemment reconstituent la rponse impulsionnelle de la cible afin d'en extraire les rsonances. Plusieurs quipes ont utilis les signaux multifrquences pour enrichir les signatures de cibles, dans un but ventuel de classification [3][11][12]. Des mthodes ont t proposes pour la reconnaissance d'objets telles que les mthodes structurelles, l'analyse des courbes phase/frquence, etc. Le critre multifrquence est, dans ces dernires, toujours utilis pour accrotre le potentiel de reconnaissance.

1.1.2.1. Les mthodes structurelles

Ces mthodes sont principalement utilises lorsqu'on peut dcrire l'objet par une image deux dimensions. Si l'on considre des donnes de SER, elles sont bases sur la description de la SER selon une grammaire approprie. On peut plus prcisment essayer de reconnatre des motifs afin de classer les cibles. Une base de donnes est alors dfinie. Cette librairie sert pour la reconnaissance d'une cible inconnue, en sachant qu'une bonne reconnaissance doit pouvoir dire, pour une cible nouvelle, qu'elle ne se trouve pas dans la librairie. Un algorithme bas sur cette reconnaissance syntaxique peut tre dcrit de la manire suivante :

codage et approximation des donnes d'entre,

sparation des lments de base, cest--dire les plus simples,

dtermination d'une grammaire de la forme de l'objet reconnu,

analyse syntaxique rsultant dans la classification des SER sur la base de la grammaire utilise pour dcrire l'objet.

Le principe pour l'application de cette mthode l'identification est dcrit par C. Baum [3]. Dans un premier temps, le paramtre prendre en compte pour la reconnaissance est la mise en forme des signatures. En effet, il faut pouvoir caractriser la cible par un ensemble de donnes. Des expressions mathmatiques exactes ou approximatives, existent pour reprsenter la rtrodiffusion sur les cibles pour des bandes de frquence donnes. On peut donc dfinir une signature type par un ensemble de paramtres associ un modle de rtrodiffusion. Les paramtres n'ont de valeurs spcifiques, qu' partir du moment o le modle est appliqu une cible particulire. La signature de la cible correspond alors la srie de paramtres. Le modle SEM introduit prcdemment peut servir, par exemple, pour la description de la rtrodiffusion sur la cible.

Cependant, la slection des lments de base pour dcrire les cibles est faite de manire heuristique [3] en tenant compte des critres suivants :

le matriel pour la sparation et la reconnaissance des lments doit tre relativement simple,

les lments doivent fournir une description compacte et adquate des cibles reconnatre. Sand et Garber [13] ont utilis cette classification syntaxique sur des donnes de SER d'avions commerciaux. Ils ont montr l'intrt de tels dveloppements pour l'identification de cibles. Cependant, pour une efficacit maximale, une base de donnes complte des diffrentes cibles est ncessaire. Des problmes importants apparaissent donc pour la reconnaissance d'avions militaires rcents, qui est rendue difficile cause des motifs de SER mal connus [2].

1.1.2.1. Autres mthodes

1.1.2.2.1 Analyse des courbes phase/frquence Cette mthode est base sur l'analyse des courbes phase/frquence de la cible [2]. Le systme radar met dans la zone de rsonance des cibles, cest--dire des longueurs d'onde de l'ordre de leurs dimensions principales. En effet, sur des surfaces mtalliques, des pics de rsonance et des changements de phase rapides, associs ces pics, apparaissent en fonction de la frquence. Les variations rapides de phase sont seulement observes sur des cibles mtalliques prs des

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dimensions de rsonance (dimensions des cibles de l'ordre de /2). Les cibles du fouillis de sol (arbres, bosquets, etc.) ne possdent que des changements de phase relativement lents. Il est donc possible par cette mthode de diffrencier les cibles mtalliques, du fouillis et des cibles non mtalliques. Les cibles sont reconnues par leurs changements spcifiques de phase en fonction de la frquence. Les diffrentes frquences sont donc slectionnes sur la base de la connaissance approximative de la taille de la cible afin d'mettre dans la zone de rsonance de l'objet. L'inconvnient est que le nombre de frquences tant souvent limit, il faut que les variations de taille entre les diffrentes cibles ne soient pas trop importantes.

1.1.2.2.2 Analyse des fluctuations de la SER D'autres approches sont bases sur l'amplitude et la phase des chos reus sur les diffrentes frquences mises [11]. L'analyse de la SER sur plusieurs frquences est effectue dans la zone de Rayleigh, celle-ci contenant les informations sur la forme approximative des cibles [12]. L'amplitude et la phase du signal rtrodiffus par la cible sont recueillies et utilises pour discriminer les cibles. Dans le but de comparaison, des bases de donnes ont t constitues en effectuant des mesures sur des maquettes chelle rduite d'avions de chasse. Lin et Kiensky [11] ont montr les possibilits de classification sur ce type de donnes, en insistant particulirement sur l'volution favorable de la probabilit d'erreur avec l'ajout d'informations supplmentaires comme la phase et la polarisation. Cependant, l'amplitude et la phase du signal reu dpendant des angles d'observation (lvation et azimut), il faut constituer une base de donnes consquente permettant de prendre en compte correctement ces aspects.

1.1.3. Conclusion Cette prsentation non exhaustive des techniques de reconnaissance bases sur le multifrquence,

annonce des directions varies pour la conception d'un radar. Cependant, ces mthodes sont souvent values sur des donnes simules, et ne prennent donc pas en compte les restrictions lies un

systme. La mise en uvre de certaines d'entre elles, ncessiterait par ailleurs des moyens matriels trs importants et est donc difficilement envisageable.

Aussi, les choix technologiques tablis pour la ralisation du radar limiteront les mthodes applicables. En effet, il parat difficile, par exemple, de synthtiser la rponse impulsionnelle dune cible avec un radar mettant deux ou trois frquences, alors que des systmes conus dans ce but en mettent au moins une dizaine.

1.2. Projet MOSAR Le projet MOSAR (Maquette Oriente pour un Systme d'Analyse de Rsonances), dvelopp depuis dcembre 1993, a pour objectif d'apporter des rponses l'identification de cibles ariennes dans les basses frquences afin de permettre le dveloppement de futurs radars oprationnels dans ce domaine. Les caractristiques du systme ont t dfinies afin de rpondre aux exigences d'identification des cibles actuelles. La gamme de frquence a t choisie afin de mettre en vidence d'ventuelles rsonances, et pour lutter contre la mise en place de matriaux absorbants et de gomtries furtives. Le projet, initialis dans le cadre du Groupement Scientifique Antenne - Radar (GSAR), se dcompose en deux tranches et runit plusieurs cooprants qui sont :

le laboratoire Structures Rayonnantes/Radiocommunications de l'Universit de Rennes 1,

le laboratoire SEI de l'Institut de Recherche et d'Enseignement Suprieur aux Techniques de l'lectronique (IRESTE) de l'Universit de Nantes,

l'Office National d'tudes et Recherches Arospatiales (ONERA),

la socit THOMSON-CSF/AIRSYS. L'ensemble du projet est soutenu par lex-DRET2, le CNRS3, la DRED4 et le Conseil Rgional de Bretagne. Le laboratoire Structures Rayonnantes/Radiocommunications de l'UPRES-A CNRS N6075 est matre d'uvre du projet, certaines tudes ayant t confies aux partenaires dfinis ci-dessus.

2 Direction des Recherches, Etudes et Techniques. 3 Centre National de la Recherche Scientifique. 4 Direction des Recherches et Etudes Doctorales.

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Lors de la premire tranche (phase 1) du projet, plusieurs tudes et travaux ont t raliss (figure 1.2). Dans un premier temps, l'tude des phnomnes de propagation a abouti l'laboration d'un logiciel de modlisation de la propagation. Ensuite, une procdure de calibrage du systme MOSAR a t dfinie par THOMSON-CSF/AIRSYS. Paralllement ces travaux, le laboratoire Structures Rayonnantes/Radiocommunications a dfini le systme et en a ralis la premire tranche. Ce systme tait capable d'effectuer des mesures en polarisation horizontale sur deux frquences simultanment.

ONERA laboration d'un modle de

propagation

THOMSON-CSF/AIRSYSDfinition des procdures

de calibrage

THOMSON-CSF/AIRSYSPhysique du problme

LSR/RadiocommunicationsDfinition de la maquette

THOMSON-CSF/AIRSYS Suivi de la ralisation de la maquette

Laboratoire Structures Rayonnantes/RadiocommunicationsRalisation de la premire partie de la maquette

12/93 05/94 12/94 12/95

FIG. 1.2 - Chronologie de la premire phase du projet MOSAR.

Les premiers rsultats obtenus ont permis de valider le systme. Ils ont mis en vidence le potentiel du radar pour la dtermination de l'amplitude, de la phase et de la frquence Doppler du signal rtrodiffus par les cibles dtectes, sur plusieurs frquences. Suite aux rsultats de la premire phase, la deuxime phase conditionnelle du projet a t initialise en octobre 1996. Une chronologie simplifie des tudes menes est prsente sur la figure 1.3.

ONERA Prvision de la matrice dertrodiffusion d'une cible

THOMSON-CSF/AIRSYSSuivi de la ralisation de la maquette

Laboratoire StructuresRayonnantes/Radiocommunications

Achvement de la maquette

10/96 11/96 07/97 01/99

IRESTEtude des mthodes de traitement polarimtrique

Laboratoire StructuresRayonnantes/Radiocommunications

tude des mthodes de traitement du signal

Report de dlais

FIG. 1.3 - Chronologie de la phase II du projet MOSAR.

Lors de cette tranche, plusieurs tudes ont t menes en parallle. D'une part, les prestataires sont intervenus pour : dterminer la matrice de rtrodiffusion d'une cible, en effectuant des mesures sur une maquette

(ONERA),

l'tude de traitements polarimtriques (IRESTE/NANTES),

le suivi de la ralisation (THOMSON-CSF/AIRSYS).

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D'autre part, le laboratoire Structures Rayonnantes/Radiocommunications a ralis la seconde partie de la maquette, cest--dire principalement l'ajout de la polarisation verticale, et l'mission et la rception de quatre frquences simultanment. De plus, il s'est intress aux mthodes de traitement du signal. Les travaux raliss lors de cette phase, sont prsents dans cette thse.

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CHAPITRE 2 SYSTEME RADAR MOSAR

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Ce chapitre a pour objectif de prsenter le radar MOSAR dans sa version finale, c'est--dire un systme mettant quatre frquences simultanment en polarisation horizontale ou verticale et recevant sur les deux polarisations. La dfinition et la ralisation d'une partie du systme, effectues au cours d'une prcdente thse de doctorat [14], seront brivement rsumes et nous insisterons plus particulirement sur les volutions et amliorations qui ont t apportes au systme.

2.1. Revue d'ensemble des tudes et rsultats antrieurs Avant d'introduire les volutions du systme, il est utile de faire un bilan sur l'tat d'avancement du projet l'issue de la thse de C. Brousseau [14]. L'un des objectifs du systme MOSAR est la mesure de SER de cibles ariennes dans la bande HF-VHF. Elle est dtermine en amplitude et en phase sur plusieurs frquences et pour deux polarisations. Les caractristiques principales du systme peuvent tre rsumes comme suit :

mission et rception de 4 frquences simultanment dans la bande 20-80 MHz,

porte comprise entre 6 et 60 km,

polarisation horizontale ou verticale l'mission,

polarisation horizontale et verticale la rception. Dans un premier temps, il a fallu dfinir les diffrentes parties du systme (mission, rception, etc), en tenant compte des fonctionnalits souhaites. En premier lieu, des tudes sur les effets de propagation ont t menes [14][15][16]. Il a t montr que les pertes supplmentaires lies la propagation (absorption molculaire, etc) ainsi que les effets de dispersion de phase, dans la bande de frquence dfinie ci-dessus, pouvaient tre ngligs, et que seules les pertes en espace libre pouvaient tre considres. L'ensemble du systme a ensuite t ralis, mais il ne permettait alors que d'mettre et de recevoir en polarisation horizontale sur deux frquences simultanment. Le systme antennaire tait constitu de deux rseaux d'antennes dipolaires log-priodiques comportant 4 antennes en polarisation horizontale, deux pour l'mission et deux pour la rception. A l'mission, des dphasages sont appliqus aux signaux de manire raliser la formation de voie. Ils sont ensuite additionns puis envoys vers les antennes via les amplificateurs de puissance. A la rception, les signaux reus sont dmoduls avec les sources d'mission pour conserver une cohrence de phase et des dphasages leurs sont appliqus pour la formation de faisceaux. Enfin, les signaux correspondant aux antennes de mme polarisation sont additionns, chantillonns et finalement enregistrs sur disque dur. Les caractristiques gnrales du systme l'issue de la premire tranche du projet MOSAR taient :

Chapitre 2

Systme radar MOSAR

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Bande de frquence 28 88 MHz Polarisation horizontale Nombre de frquences 2 Puissance crte / moyenne 2 kW / 200 W Largeur d'impulsion 40 s (nominale) Priode de rcurrence 400 s (nominale) Distance aveugle 6 km Porte maximale sans ambigut 60 km

TAB. 2.1 - Caractristiques gnrales du systme MOSAR l'issue de la premire tranche.

Des campagnes de mesures ont t ralises, pour exprimenter le systme. L'examen des rsultats de ces campagnes a montr les capacits du radar pour l'estimation de la SER des cibles sur plusieurs frquences.

2.2. Amlioration des performances du systme

2.2.1. Introduction L'achvement de la maquette MOSAR, cest--dire la ralisation de la 2me tranche, a port essentiellement sur deux points :

l'ajout de la polarisation verticale,

l'augmentation du nombre de frquences d'mission afin d'mettre quatre frquences simultanment. Cependant, lors de l'allocation de la deuxime tranche du contrat MOSAR, plusieurs notifications concernant l'volution du systme ont t soumises et ont d tre prises en compte. Dans un premier temps, une partie du systme a t revue, suite des restrictions budgtaires. Le nombre d'amplificateurs initialement prvus pour alimenter les antennes d'mission a t rduit un amplificateur pour deux antennes. Ceci ne permet plus l'entrelacement de polarisation l'mission, d'une rcurrence l'autre. Le plan de sol qui devait homogniser le terrain proximit des antennes, a lui aussi t abandonn. Ensuite, la formation de voies lectronique, c'est--dire l'utilisation de dphaseurs commande numrique la rception, a t abandonne, car l'acquisition des voies issues de chaque antenne en rception permet plus de souplesse sur le traitement a posteriori des signaux. Le nombre de cartes d'acquisition a donc t doubl. Enfin, pour largir les possibilits du systme, l'acquisition des signaux se fait de manire continue.

2.2.2. Systme antennaire

Les antennes utilises sont des antennes log-priodiques dipolaires Racal-Dana RA943. Ces antennes largement dcrites dans les travaux prcdents [14][17][18], ont une bande passante comprise entre 28 et 100 MHz. Elles possdent un gain maximal de l'ordre de 6 dBi, et sont relativement peu directives (typiquement 120 dans le plan H et 80 dans le plan E). Ces antennes ont t caractrises pour l'application MOSAR en utilisant des mthodes de simulations [18][19] et en ralisant des mesures in situ [20][21]. Un exemple de comparaison entre simulations et mesures est prsent sur la figure 2.1.

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Gain

(dB)

Mthode RCMMthode Rv/RhMesures

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-180 -135 -90 -45 0 45 90 135 180Angle (degrs)

Gain

(dB)

Mthode RCMMthode Rv/RhMesures

a ) diagramme en lvation, azimut = 0. b ) diagramme en azimut, lvation = 20.

FIG. 2.1 - Diagrammes de rayonnement simuls et mesurs dune antenne place 7 mtres au-dessus dun sol moyennement conducteur (=0,001 S/m et r=15), pour une frquence de 40,5 MHz Polarisation horizontale.

Afin de s'affranchir de l'effet du sol, et donc de limiter l'influence des minima dans les diagrammes de directivit des antennes, un rseau a t ralis. Les minima sont compenss en jouant sur les positions spatiales des antennes. Au cours de la dfinition de la maquette, huit antennes ont t prvues : deux antennes par polarisation et par rseau.

Lors de la premire implantation du systme, seules les antennes en polarisation horizontale ont t utilises. Les rseaux d'mission et de rception taient alors situs au mme endroit. L'ajout de la polarisation verticale a ncessit la redistribution des antennes sur les mts pour dfinir de nouveaux rseaux d'mission et de rception (figure 2.2). Comme le montre la figure 2.1, les simulations et les mesures prsentent un bon accord. Aussi, l'utilisation des modlisations des antennes a permis, de manire heuristique, d'optimiser leurs positions spatiales afin de compenser au mieux les effets d'attnuation dans les diagrammes, provoqus par le sol (l'influence des positions des antennes sur les diagrammes de rayonnement simuls de chaque antenne est prsente en annexe). L'objectif est de diminuer le nombre de minima en essayant de compenser les minima d'une antenne par les maxima d'une autre [14][22]. Ces hauteurs d'antennes ont donc t modifies par rapport celles utilises lors de la premire tranche du projet et les positions retenues sont reprsentes sur la figure 2.3.

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FIG. 2.2 - Vue des rseaux d'antennes du systme MOSAR.

7,3 m

Rfrence

Nord

Est

12 m

4,5 m6 m

11 m

5 m

7 m

14 m

13 m

11,4 m

11,4 m

14,6 m

4,5 m

RSEAU D'MISSION

RSEAU DE RCEPTION

FIG. 2.3 - Structure des rseaux d'mission et de rception.

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Il est noter que, afin de diminuer le couplage entre antennes, il n'y a qu'une antenne par polarisation et par mt.

Pour illustrer les performances globales des rseaux, un exemple simul de diagramme de rayonnement pour une frquence de 50 MHz, lorsque la direction de vise est fixe 0 en azimut et 20 en lvation est prsent sur figure 2.4. Enfin, le taux d'ondes stationnaires (TOS) mesur lors de la mise en place des rseaux d'antennes sur la station exprimentale est prsent sur la figure 2.5 pour l'antenne place 6 m, en polarisation verticale, du rseau d'mission. On s'aperoit qu'il reste infrieur 2,1:1 dans la bande de frquence 28-100 MHz.

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5

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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Angle d'lvation (degrs)

Gain

(dB)

Rseau d'missionRseau de rceptionGain total

A) diagramme en lvation, polarisation horizontale.

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-15

-10

-5

0

5

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25

30

-180 -135 -90 -45 0 45 90 135 180

Angle azimutal (degrs)

Gain

(dB)


B) diagramme en azimut, polarisation horizontale.

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0

5

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0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Angle d'lvation (degrs)

Gain

(dB)


C) diagramme en lvation, polarisation verticale.

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-5

0

5

10

15

20

25

30

-180 -135 -90 -45 0 45 90 135 180Angle azimutal (degrs)

Gain

(dB)


D) diagramme en azimut, polarisation verticale.

FIG. 2.4 - Diagrammes de rayonnement simuls des rseaux dmission et de rception, pour une frquence de 50 MHz et pour une direction de vise fixe (lvation = 20 , azimut = 0), au-dessus dun sol moyennement

conducteur Polarisation horizontale et verticale.

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FIG. 2.5 - Mesure du TOS dune antenne Racal-Dana RA943 place 6 mtres au-dessus dun sol naturel en polarisation verticale.

2.2.3. Systmes d'mission/rception Les systmes d'mission et de rception ont t conus et tests au laboratoire par la conception de prototypes. Cependant, leur ralisation a t confie la socit CHORUS ELECTRONIQUE (91).

2.2.3.1. Systme d'mission

Le systme d'mission a t ralis entirement lors de la premire tranche du projet MOSAR [14]. Mais, afin de satisfaire le nouveau cahier des charges associ la seconde tranche, quelques modifications ont t effectues. Le synoptique du systme actuel est prsent sur la figure 2.6. Pour mieux comprendre les volutions apportes, nous allons dcrire succinctement son principe. Les gnrateurs d'mission sont spars en deux sources distinctes pour s'affranchir de l'utilisation de dphaseurs large bande. Aussi, la source fixe de frquence 112 MHz est divise en 16 voies, sur lesquelles sont appliqus des dphasages correspondant la frquence et l'antenne d'mission choisies (Bloc 1). Chaque source variable est divise en quatre voies, dont la frquence est gale la frquence d'mission dsire augmente de 112 MHz (Bloc 2).

Ces sources sont mlanges puis filtres travers des filtres passe-bas de frquence de coupure gale 100 MHz, ceci afin d'liminer la bande de frquence suprieure, issue du mlange (Bloc 3). A ce stade, tous les signaux sont dphass en fonction de la frquence et de l'antenne auxquelles ils correspondent.

Chaque antenne mettant les quatre frquences simultanment, quatre signaux de frquence diffrente sont additionns et pramplifis avant d'tre envoys vers les amplificateurs de puissance (Bloc 4). La modulation d'impulsion est cre en agissant sur l'tage de polarisation des amplificateurs de puissance et le bloc de commutateurs (Bloc 4). Ces commutateurs permettent, entre autre, de couper l'mission lors de la rception. A titre indicatif, le rapport on/off 60 MHz est prsent sur la figure 2.7 pour une voie du bloc de commutateurs. Il est lgrement infrieur 57 dB.

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Mlangeurs

Diviseurs 4 voies

amplis

Diviseurs 2 voies

Filtrespasse-bas

fc=100 MHz

Sommateurs 4 voies

amplificateurs

commutateurs

commutateurscommutateurs

commutateurs commutateurs

Diviseurs 16 voies

Dphaseurs commandenumrique (0-360)

Amplis depuissance

Amplis depuissance

O.L. d'missionvariables

(132-212 MHz)

F1

F2

F3

F4

Cbles de 60 m

O.L. fixef = 112 MHz

Rack VME Station SUN

Bus MXI

Commande desdphaseurs

Antenne 1Horizontale


Antenne 1Verticale

Antenne 2Verticale

VersRception

Modulation d'impulsions

BLOC 2

BL

OC

1B

LO

C 3

BL

OC

4B

LO

C 5

Choix de la polarisation

FIG. 2.6 - Structure du systme d'mission.

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FIG. 2.7 - Rapport on/off pour une voie du bloc de commutateurs (Bloc 4).

Les modifications apportes sur le systme d'mission sont situes aprs la sortie de l'metteur (Bloc 5). La diminution deux du nombre d'amplificateurs de puissance, pour des raisons budgtaires, a ncessit l'introduction d'une matrice de commutation pour le choix de la polarisation d'mission. Deux types de commutateurs ont t utiliss. Les premiers, de type Mini-Circuits MSWA 2-20, permettent de commuter les signaux de faible puissance et sont situs avant les amplificateurs. Ceux-ci ont des temps de commutation rapides (10 ns) mais ils ne peuvent pas supporter des puissances leves (< 20 dBm). Ds lors, en sortie des amplificateurs des relais lectromcaniques, de type RLC Electronics SR-2-N-H-I sont utiliss. Ils sont capables de supporter les puissances mises mais avec des temps de commutation trs lents (20 ms). Le synoptique des commutateurs situs en amont des amplificateurs de puissance est prsent sur la figure 2.8.

FIG. 2.8 - Synoptique de la structure de commutation de polarisation de faible puissance.

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Ces modifications, et en particulier l'introduction des relais mcaniques, de part leur temps de commutation et surtout leur dure de vie, ne permettent plus l'entrelacement des polarisations d'une rcurrence l'autre. Il n'est alors plus possible d'obtenir quasi-simultanment les quatre termes de la matrice de rtrodiffusion de la cible.

2.2.3.1. Systme de rception

L'acquisition des signaux issus de chaque antenne en sortie du rcepteur, et donc l'abandon de la formation de voies lectronique, a simplifi la structure du systme de rception au dtriment d'une augmentation de la complexit des traitements informatiques. Les dphaseurs commande numrique et le bloc de sommateurs utiliss pour raliser la formation de faisceaux ont t supprims. Le rcepteur est de type superhtrodyne double changement de frquence (figure 2.10). En sortie des antennes de rception, un ensemble constitu de diodes Schottky et d'attnuateurs protge le rcepteur lors de l'mission (Bloc 6). Les signaux issus des antennes sont amplifis afin de compenser les pertes lies aux diviseurs de puissance qui leur succdent (Blocs 6 et 8). Pour rcuprer l'information apporte par chaque frquence, les signaux sont diviss par quatre et mlangs avec les sources d'mission. Ceci permet de garder la cohrence de phase du signal. Les signaux sont ensuite ramens autour de la frquence 112 MHz (Bloc 9). Aprs un filtrage passe-bande troit, l'information utile est isole, puis un nouveau changement de frquence est effectu avec une source de frquence fixe de 112 MHz 75 kHz (Bloc 10). Un filtrage passe-bande extrait l'information contenue sur les diffrentes voies autour de 75 kHz, avec une bande passante de 30 kHz (Bloc 11). Ce dernier filtrage fixe la slectivit de l'ensemble du systme de rception, et par consquent dtermine quasiment la bande de bruit du rcepteur. Enfin, les niveaux des signaux sont ajusts l'chelle d'acquisition des convertisseurs analogique/numrique. Lors de la premire phase du projet, la moiti du rcepteur a t ralise, afin de pouvoir recevoir deux frquences, en polarisation horizontale. Sa structure a donc t double pour prendre en compte la polarisation verticale et les modifications, nonces prcdemment, ont t apportes. Une des modifications concerne les amplificateurs du bloc 10. Les variations de gain ainsi que le synoptique de ces amplificateurs sont prsents sur les figures 2.9 et 2.11, respectivement.

FIG. 2.9 - Mesure du gain en fonction de la frquence des amplificateurs du bloc 10.

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Diviseurs 4 voies

Amplis

Filtrespasse-bande

fc=112 MHz35kHz

Pramplificateurs

O.L. d'missionvariables

(132-212 MHz)F1

F2

F3

F4

modulation d'impulsions

O.L. fixef = 112 MHz 75kHz

Rack VME Station SUN

Bus MXI

Diviseurs 2 voies



Antenne 1Verticale

Antenne 2Verticale

VersEmission

Amplificateurs

Commutateurs

Diviseurs 4 voies

Mlangeurs

Amplificateurs

Mlangeurs

Filtrespasse-bande

fc=75KHz15kHz

Amplificateurs

Diviseurs 16 voies

Cbles de 60 m

Cbles de 16 m

BLO

C 8

BL

OC

7B

LO

C 9

BL

OC

10

BL

OC

11

BLOC 6

FIG. 2.10 - Structure du systme de rception.

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FIG. 2.11 - Synoptique du bloc d'amplification situ aprs les filtres passe-bande de 112 MHz.

En effet, lors de la premire version du systme, la sensibilit du rcepteur fixe 100 dBm s'est avre insuffisante. Elle ne permettait pas de dtecter correctement les cibles. Celle-ci avait donc provisoirement t ramene -140 dBm. Lors de l'allocation de la deuxime tranche du contrat MOSAR, un bloc d'amplificateurs supplmentaire ralis par la socit CHORUS ELECTRONIQUE a t ajout aprs les filtres passe-bande de 112 MHz. Celui-ci permet d'obtenir la sensibilit souhaite de -140 dBm. La dernire structure modifie est l'ensemble des filtres passe-bande de frquence centrale 75 kHz. Leur nombre a t doubl pour tenir compte des 16 voies d'acquisition. Leur largeur de bande est fixe 30 kHz.

2.2.4. Systme informatique

La partie informatique du systme MOSAR est celle qui a le plus volu, principalement en ce qui concerne l'acquisition des donnes et le pilotage du systme. Les notifications postrieures la dfinition et la ralisation de la premire partie de la maquette, comme la ralisation de la formation de voie numriquement et l'acquisition des donnes en continu, ont demand des modifications importantes de l'architecture.

2.2.4.1. Acquisition des donnes

Les premires acquisitions effectues en 1995 avec la maquette MOSAR en polarisation horizontale ont t ralises sur deux voies, correspondant aux deux frquences d'mission. La formation de faisceaux tait effectue avant l'acquisition des signaux. Les donnes taient ensuite transfres directement via la carte processeur vers la station d'accueil, une fois que le nombre d'chantillons maximal tait acquis (transfert tous les 4096 chantillons). Le nombre de voies d'acquisition ayant augment, afin de raliser une acquisition simultane sur 16 voies, trois autres cartes d'acquisition DATEL DVME614-A2 ont complt le systme. Mais, cette acquisition augmentant de faon importante le dbit sur le bus, en particulier sur la liaison PC Rack VME, il est impossible d'acqurir les chantillons en continu avec le systme existant. La mmoire RAM de la carte processeur est devenue insuffisante. Pour remdier ce problme, une carte de mmoire RAM MM6390 de chez MICRO MEMORY INC. de 512 Mo de capacit, a t ajoute. Celle-ci permet de stocker temporairement les chantillons avant leur transfert et leur stockage dans la station SUN. L'architecture du systme d'acquisition est reprsente sur figure 2.12.

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Rcepteur

Carte d'acquisitionDATEL DVME 614-A2




Carte processeurTEKELEC THEMIS

TSVME 113

Carte RAMMICRO MEMORY INC.MM6390 (512 Mo)

Bus VME

Bus VME Bus MXI

Station de travailSUN Sparc 10

Rack VME

FIG. 2.12 - Architecture du systme d'acquisition.

LES 16 VOIES EN SORTIE DU RECEPTEUR SONT RELIEES AUX QUATRE CARTES D'ACQUISITION. CES CARTES SONT COMMANDEES PAR UN MEME TRIGGER EXTERNE, QUI PERMET UNE ACQUISITION SIMULTANEE DES ECHANTILLONS SUR LES 16 VOIES. LA CARTE PROCESSEUR TSVME 113 GERE LE TRANSFERT DES DONNEES DES CARTES D'ACQUISITION VERS LA CARTE MEMOIRE RAM, OU CELLES-CI SONT STOCKEES TEMPORAIREMENT JUSQU'A CE QUE LE NOMBRE D'ECHANTILLONS SOUHAITE SOIT OBTENU. ENSUITE, CES ECHANTILLONS SONT TRANSFERES SUR LE DISQUE DUR DE LA STATION VIA LE BUS MXI QUI LA RELIE AU RACK VME. Cette configuration de l'acquisition, possde certaines limites qui sont dveloppes dans la section 2.3.2 de ce chapitre, mais elle permet d'acqurir simultanment sur 16 voies les signaux pendant 5 mn 20 s si la fentre maximale d'acquisition est considre. En effet, le temps d'acquisition est gal :

sec32010.40022016

10.512 66max

==

=

acq

rdrv

cacq

T

TANN

AT ( 2-1)

o Ac est la taille de la carte RAM, Ad la taille de la donne, Nv le nombre de voies d'acquisition, Nr le nombre d'chantillon par rcurrence et Tr la priode de rcurrence. Cela dpasse largement le temps d'observation maximal d'une cible [14].

2.2.4.1. Gestion du systme

La gestion du systme a t redfinie pour prendre en compte les modifications lies l'apport de la polarisation verticale et des changements de fonctionnement de l'acquisition. Les modifications concernent principalement l'interfaage du radar, qui comprend la saisie et l'envoi des paramtres choisis par l'utilisateur et la synchronisation du radar, c'est--dire la mise en forme des signaux de commande des diffrentes parties du systme. Il est noter que plusieurs tapes sont ncessaires avant le lancement du radar. Il faut, dans un premier temps, calculer les phases appliquer aux antennes d'mission, dans le cadre de la formation de voie. Celles-ci sont dtermines partir de la direction de vise (azimut et lvation) dfinie par l'utilisateur. Elles sont programmes l'aide d'un bus parallle 16 bits accessible depuis la station par une carte d'entres/sorties parallles (TEKELEC THEMIS TSVME 405) insre dans le rack VME. Ensuite, toutes les sources d'missions doivent tre programmes. Les diffrents synthtiseurs sont accessibles via le bus IEEE 488.2, et leurs valeurs ne pourront tre modifies qu'aprs l'arrt de l'acquisition. Enfin, les diffrents paramtres, comme la polarisation, la largeur de l'impulsion, etc, sont dfinis et la procdure d'mission/rception est initialise. Un certain nombre de paramtres est laiss au choix de l'utilisateur. Il a la possibilit de dfinir :

le nombre et la valeur des frquences mises,

la largeur de l'impulsion mise,

le dbut et la fin de la fentre d'acquisition,

le temps d'observation de la cible,

la direction de vise (lvation et azimut),

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la polarisation d'mission,

la priode de rcurrence,

le nombre d'impulsions mises.

Cette saisie est facilite grce l'utilisation d'interfaces graphiques ralises l'aide du logiciel Labview et prsentes sur les figures 2.13 et 2.14. Deux interfaces ont t dfinies, une utilise pour la commande des sources d'mission, l'autre pour la saisie des paramtres et le dmarrage du systme. Actuellement, l'absence d'un systme radar de poursuite auxiliaire (type COTAL), nous oblige utiliser un mode appel veille qui permet la dtection des cibles en appliquant un traitement Doppler en temps rel sur un petit nombre d'chantillons (environ 300). Une fois la cible dtecte, il est possible de lancer l'acquisition des signaux pendant un temps dtermin par l'utilisateur. Finalement, le pilotage du systme est ralis par une carte de synchronisation dveloppe au laboratoire. Celle-ci permet la commande des amplificateurs de puissance, des commutateurs d'mission et de rception, de la protection des rcepteurs, ainsi que le dclenchement des acquisitions partir des paramtres saisis par l'utilisateur [17].

FIG. 2.13 - Interface de la saisie des paramtres et du dclenchement des acquisitions.

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FIG. 2.14 - Interface pilotant les diffrentes sources de frquence du systme.

2.3. Caractrisation du systme Pour complter les informations donnes prcdemment, nous allons rsumer l'ensemble du systme afin de mieux cerner ses possibilits.

2.3.1. Description Une vue du systme de mesure actuel est prsente sur la figure 2.15.

FIG. 2.15 - Systme radar MOSAR.

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Les possibilits du radar MOSAR tant lies aux performances des systmes d'mission et de rception, les caractristiques de ces parties sont rsumes dans le tableau suivant :

Systme d'mission Systme de rception BANDE DE FREQUENCE 28-88 MHZ POLARISATION HORIZONTALE OU VERTICALE HORIZONTALE ET VERTICALE GAIN DES RESEAUX D'ANTENNES 12 DB 3 DB OUVERTURE A 3 DB ENVIRON 20 COUVERTURE ANGULAIRE lvation : + 5 +60

AZIMUT : - 60 A + 60 TAUX D'ONDES STATIONNAIRES 1,5 0,5 : 1 NOMBRE MAXIMAL DE FREQUENCES 4 PUISSANCE CRETE / MOYENNE 2 KW / 200 W GAIN 70 DB 3 DB 100 DB 0,8 DB DISPERSIONS ENTRE LES SORTIES amplitude : 1,5 dB

PHASE : 0,7

LARGEUR D'IMPULSION 20 S 160 S (40 S NOMINALE)

PERIODE DE RECURRENCE 20 S A 2,56 MS (400 S NOM.)

RAPPORT CYCLIQUE MAXIMAL 10 % RAPPORT ON/OFF ENVIRON 130 DB DISTANCE AVEUGLE 6 km PORTEE MAXIMALE SANS AMBIGUTE 60 KM PRODUIT D'INTERMODULATION D'ORDRE 3

20 MHz : - 16,8 dB 50 MHz : - 15,6 dB

A 80 MHZ : - 17,9 DB

30 MHz : - 47,5 dB 60 MHz : - 46 dB

A 90 MHZ : - 44,8 DB SENSIBILITE - 140 DBM DYNAMIQUE 70 DB DYNAMIQUE DE SORTIE 10 V FACTEUR DE BRUIT 7 DB RETARD DE GROUPE 50 S Linarit en phase 11 / KHZ FREQUENCE F.I. 112 MHZ BANDE PASSANTE F.I. 70 KHZ FREQUENCE DE SORTIE 75 KHZ BANDE PASSANTE DE SORTIE 30 KHZ REJECTION DE LA FREQUENCE IMAGE > 100 DB

TAB. 2.2 - Caractristiques des systmes d'mission et de rception du radar MOSAR.

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Les caractristiques du systme d'mission sont identiques la version prcdente avec en plus, la possibilit de commuter la polarisation. En ce qui concerne le systme de rception, les modifications ont t plus importantes, avec en particulier la modification de la sensibilit, du gain, etc. Enfin la dernire partie importante du systme concerne l'acquisition. Ses possibilits sont lies aux cartes d'acquisitions et au systme informatique. Les paramtres qui la caractrise sont les suivants :

frquence d'chantillonnage de 100 kHz par voie d'acquisition,

rsolution de 12 bits, soit une dynamique thorique de 72,24 dB,

16 voies d'acquisition simultane,

temps maximal d'acquisition de 5 mn 20 s.

Actuellement, le systme peut donc mettre 4 frquences simultanment en polarisation horizontale ou verticale et recevoir ces 4 frquences dans les deux polarisations. La largeur nominale de l'impulsion mise est de 40 s avec une priode de rcurrence nominale de 400 s. La puissance crte mise par polarisation est de 2 kW. Les signaux sont acquis simultanment sur les deux polarisations pendant un temps maximal de 5 mn 20 s. La plage distance maximale d'acquisition est de 30 km comprise entre 6 et 60 km.

2.3.2. Limitations et potentiels

Les principales limitations du systme sont lies l'informatique. On a vu que la formation de faisceaux la rception par dphaseurs, a t abandonne, ce qui augmente le nombre de voies d'acquisition. Ceci a pour consquence directe d'augmenter les taux de transfert sur les bus. Ds lors, on se retrouve confront trois problmes :

limitation du temps d'acquisition continue,

interruption du systme pour le transfert des donnes vers la station,

limitation de la largeur de la fentre d'acquisition.

Pour faire de l'acquisition continue, la premire ide a t de transfrer les donnes acquises directement vers la station, mais le taux de transfert minimum qu'il fallait tait de l'ordre de 1,6 Mch/s. Celui-ci tant trop lev, une carte de mmoire RAM a t introduite pour stocker les chantillons, mais celle-ci limite alors le temps d'acquisition continue et demande l'interruption du systme pour transfrer les chantillons de la carte RAM vers la station. Enfin, la carte processeur du rack VME, contient un microprocesseur 68030 cadenc 33 MHz. Il est noter que le dplacement d'un chantillon de la mmoire d'une carte d'acquisition vers la carte RAM ncessite 30 coups d'horloge. Ceci limite alors le transfert des chantillons 1 Mch/s. Si on voulait acqurir sur les 60 km 100 kHz par voie, il faudrait un taux de transfert de 1,6 Mch/s. La limitation 1 Mch/s nous oblige restreindre la largeur de la fentre d'acquisition. Aussi, cette largeur maximale est de l'ordre de 30 km, cest--dire 20 chantillons par voie pour une rcurrence. Pour cette fentre, le temps maximal d'acquisition continue est de 5 mn 20 s. Il peut tre augment si on diminue la fentre d'acquisition. L'interruption du systme ncessaire au transfert et au stockage des chantillons, lorsque la carte RAM est entirement remplie, est de l'ordre de 6 minutes. Il est noter que la solution ces problmes, aurait t d'intgrer la station de travail dans le rack VME, mais le cot de revient trop lev de cette opration, n'a pas permis sa ralisation. Une autre limitation concerne l'impossibilit de raliser de l'entrelacement de polarisation l'mis

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