1 Introduction aux RADARS Annick PLAGELLAT‐PENARIER annick.plagellat@univ‐montp
1 Introduction aux RADARS Annick PLAGELLAT‐PENARIER annick.plagellat@univ‐montp2.fr Master 2 EEA 2015‐2016 2 Plan du cours Propagation des ondes électromagnétiques Historique, principe et applications Classement des radars Equation radar Radar à impulsions Radar Doppler Radar FMCW Détection radar Radars spécialisés 2 Propagation des ondes électromagnétiques 4 Propagation des ondes EM Equation de Maxwell La propagation d’une onde EM caractérisée par la propagation d’un champ électrique et d’un champ magnétique. 4 équations de Maxwell dynamiques relient localement les divergences et rotationnels des champs électrique et magnétique aux champs électrique et magnétique eux‐mêmes, ainsi qu’aux sources de charges et de courants statiques ou dynamiques. Dans le vide : Maxwell - Gauss Maxwell - Faraday Maxwell - Ampère 0 = 1/(36109) et µ0 = 410-7 (2) (1) (3) (4) 3 5 Propagation des ondes EM Ondes électromagnétiques Ces équations admettent des solutions complexes, combinaisons linéaires de fonctions du type Onde plane : grandeur physique oscillant avec la fréquence f = /2et se propageant dans la direction du vecteur d’onde k avec une vitesse de propagation c = / | k |. La quantité s’appelle la pulsation de l’onde. Double périodicité dans le temps et dans l’espace. La période temporelle T =1/f. La période spatiale ou longueur d’onde est inversement proportionnelle au module du vecteur d’onde = 2|k |. temps T=1/f espace = 2| k | 6 Propagation des ondes EM Une source ponctuelle qui émet de façon isotrope dans l’espace donne une onde sphérique. Tous les points à égale distance de la source sont sur la même surface d’onde sphère A distance de la source et localement, la surface d’onde est considérée comme un plan Onde plane Aspect énergétique La puissance P transportée par un champ électromagnétique à travers une surface S est le flux du vecteur de Poynting : Densité de puissance à une distance d de la source ponctuelle 4 Historique, principe de fonctionnement et applications 8 Définition RADAR : Radio Détection And Ranging Radio : Electromagnétique Détection : cibles utiles And : simultanément Ranging : localisation en 4 dimensions Instrument d’alerte et de mesure Paramètres importants: Précision, incertitude, résolution Volume surveillé, cadence 5 9 Historique (1) 1864 : James Clerk Maxwell décrit les lois de l’EM. 1889 : Heinrich Rudolf Hertz : les ondes EM sont réfléchies par les surfaces métalliques. XXe siècle, plusieurs inventeurs, scientifiques, et ingénieurs ont contribué au développement du radar: Développement de la radio et de la TSF (par Marconi), donc des antennes. 1904, le dépôt du brevet du « Telemobiloskop » : possibilité de détecter la présence de bateaux dans un brouillard très dense ==> RAD (radio détection) mais pas le AR. Années 1920 : expériences de détection avec des antennes. 1934 : essais sur des systèmes de détection par ondes courtes en France par la CSF (16 et 80 cm de longueur d'onde). Un brevet est déposé. C'est ainsi que naissent les « radars » à ondes décimétriques. 1935 : premier réseau de radars commandé par les Britanniques suite à un brevet déposé par Robert Watson‐Watt (l’inventeur dit « officiel » du radar). 10 Historique (2) Radar était quasiment prêt dans sa forme actuelle à l'aube de la Seconde Guerre mondiale. Les radars aéroportés développés pour possibilité de bombardements et à la chasse de nuit. Expérimentations sur la polarisation. Les opérateurs ont constaté la présence d'artéfacts bruit dans les images (pluie, neige, etc.) ==> des radars météorologiques après la fin des combats. premières techniques de brouillage et de contre‐mesures électroniques. Depuis utilisation des radars dans de nombreux domaines allant de la météorologie à l'astrométrie en passant par le contrôle routier et aérien. Dans les années cinquante, l'invention du radar à synthèse d'ouverture a pavé la voie vers l'obtention d'images radar à très haute résolution. 1965, Cooley et Tuckey (re)découvrent la transformée de Fourier rapide ==> traitements radar numériques utilisés aujourd'hui. 6 11 Historique (3) Depuis utilisation des radars dans de nombreux domaines allant de la météorologie à l'astrométrie en passant par le contrôle routier et aérien. Dans les années cinquante, l'invention du radar à synthèse d'ouverture a pavé la voie vers l'obtention d'images radar à très haute résolution. 1965, Cooley et Tuckey (re)découvrent la transformée de Fourier rapide ==> traitements radar numériques utilisés aujourd'hui. 12 Historique (4) Unité mobile Ce système a détecté l’attaque de Pearl Harbor 55 minutes avant le début (7 décembre 1941) Fréquence 106 MHz Longueur d'impulsion Entre 10 et 25 microsecondes Portée 250 km Dimensions 5 m de hauteur supporté par une base d'environ 2,5 m de largeur Puissance crête 8 kW en continu 100 kW en mode pulsé. 7 13 Principe de fonctionnement Ondes EM réfléchies par tout changement significatif des constantes du milieu traversé. Emission d’une onde puissante + Transmission par une antenne. Signal renvoyé avec amplitude très petite. Signaux reçus amplifiés Signal émis : Les ondes pulsées, où le radar émet une impulsion et attend le retour. Le radar à émission continue, où l'on émet continuellement à partir d'une antenne. Niveau du signal reçu dépend : Formes de la cible Sa nature Son orientation 14 Synoptique Emetteur : génère l'onde radio. Sur les radars à hyperfréquences (f>10GHz) : guide d'onde qui amène l'onde vers l'antenne. Duplexeur : dirige l'onde vers l'antenne lors de l'émission ou le signal de retour depuis l'antenne vers le récepteur lors de la réception Antenne diffuser l'onde EM vers la cible avec le minimum de perte.. Récepteur : reçoit le signal incident le fait émerger des bruits radios parasites, l'amplifie Un étage de traitement de signal permettant de traiter le signal brut afin d'en extraire des données utiles à l'opérateur 8 15 Fréquences utilisées Nom des plages de fréquences provient de la Seconde Guerre mondiale. Pour garder secret le développement de ce système, les militaires ont donné à ces plages des noms de code qui sont demeurés en usage depuis. Codes adoptés aux États‐Unis par le Institute of electrical and electronics engineers (IEEE) et internationalement par l’Union internationale des télécommunications. Choisie en fonction de l'application visée. Grande longueur d'onde (bandes HF) permettra de profiter des phénomènes de propagation et de rebond sur l'ionosphère). Seuls les objets dont la taille typique est au moins de l'ordre de grandeur de la longueur d'onde sont visibles. Les bandes de fréquence civiles et militaires sont allouées de manière internationale au sein de la Conférence Mondiale des Radiocommunications 16 Fréquences utilisées 9 17 Applications Militaire : radars de détection et de surveillance aérienne au sol ou embarqués radars de veille surface sur navire de guerre identification radar (IFF) autodirecteurs de missiles brouilleurs radars satellites radar d'observation de la terre ; Aéronautique : contrôle du trafic aérien ; guidage d'approche d'aéroport ; radars d'altimétrie ; radars de navigation ; 18 Applications Maritime : radar de navigation ; radars anti‐collision ; balises radars ; Météorologie : détection de précipitations (pluie, neige, grésil, grêle, etc.) et de formations nuageuses. Circulation et sécurité routière : Contrôle de la vitesse des automobiles (cinémomètre). Radars de recul sur automobiles ; Radar fixe : Détection et mesure de vitesse jusqu’à 300 km/h Portée de l’ordre de 50 mètres Précision de vitesse de la classe ± 3 km/h 10 Classement des Radars 20 Plan du chapitre Radar monostatique et bistatique Radar primaire et secondaire Radar pulsé ou à onde continue Radar Imageur ou non‐imageur uploads/Histoire/ cours-radar1-10.pdf
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- Publié le Dec 10, 2022
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