Soutenance mémoire
Les systèmes radar et de guerre électronique
En 1886, Heinrich Hertz vérifie expérimentalement les lois d’électromagnétisme de James Maxwell et réalise la première liaison radiofréquence 1 d’un émetteur vers un récepteur. Ces travaux conduisirent dès 1899 à la première émission radiotélégraphique entre l’Angleterre, la France et l’Italie puis à la première transmission transatlantique bidirectionnelle en 1900. L’utilisation de la radiocommunication pour la conduite et le contrôle des opérations militaires pendant la première guerre mondiale conduisit les belligérants à développer des systèmes d’écoute et de brouillage du spectre électromagnétique : la guerre électronique était née. Le principe de la détection d’objet par ondes électromagnétiques radiofréquences – ou RADAR (RAdio Detecting and Ranging) – fut énoncé dès 1904 par C. Hülsmeyer. C’est cependant lors de la seconde guerre mondiale que cette technique prit réellement son essor afin de détecter la présence d’ennemis de jour comme de nuit. Ainsi dès 1940, le Royaume-Uni avait développé un réseau de surveillance de radars au sol et en 1941, l’Allemagne équipait un avion d’un radar aéroporté. En 1943, afin de déjouer les systèmes ennemis lors d’un raid, l’armée de l’air britannique lança des paillettes métalliques. Ces leurres, dont les dimensions étaient adaptées aux longueurs d’ondes des radars allemands, saturèrent les récepteurs, aveuglant les radars. Les systèmes radar et de guerre électronique n’ont cessé de se développer depuis et sont en constante évolution. Selon leur mission et leur domaine d’application, leurs caractéristiques varient beaucoup et nous ne présentons ici que les principes généraux communs au plus grand nombre.
Principe de la guerre électronique
L’utilisation des ondes radiofréquences dans le domaine militaire s’est largement développée depuis leur découverte en 1887. Aujourd’hui, l’accès au spectre électromagnétique est indispensable aux forces armées pour de nombreuses applications notamment la communication, la commande des systèmes d’armes, l’observation et la surveillance. L’interception et l’analyse du rayonnement électromagnétique est également une source de renseignements sur d’éventuels adversaires. À l’inverse, la dépendance à ces ondes est une des faiblesses des réseaux de communication et de surveillance. La maîtrise du spectre électromagnétique est ainsi devenue un enjeu majeur pour les forces militaires. La guerre électronique regroupe toutes les techniques mises en œuvre pour l’exploitation et le contrôle du spectre électromagnétique. On peut la diviser en trois branches : l’attaque, le soutien et la protection électronique. L’attaque électronique inclut tous les dispositifs déployés pour limiter l’accès des adversaires au spectre électromagnétique. Cela correspond principalement aux techniques de brouillage, de leurrage et d’intrusion, qui permettent d’aveugler ou de fausser les systèmes adverses, ainsi que les armes à énergie dirigée. Le soutien électronique (ou renseignement d’origine électromagnétique) est l’interception et l’utilisation des émissions électromagnétiques volontaires ou non de l’adversaire comme outil de renseignement [22]. L’objectif est l’écoute des communications, la détection et la localisation d’objets « d’intérêt » et l’analyse technique des émissions pour identifier l’architecture des réseaux d’information ou les systèmes utilisés. La protection électronique rassemble toutes les techniques utilisées pour contrer les attaques et les systèmes de détection électronique des adversaires. Elles interviennent dès la conception des systèmes ou des bâtiments afin de maîtriser leurs signatures électromagnétiques et radar. Il s’agit également de procédures de sécurisation des communications comme le chiffrement et le codage des données, l’identification électronique ou la mise en place de protocoles d’utilisation. Le renseignement d’origine électromagnétique est le secteur le plus exigeant pour les oscillateurs radiofréquences en terme de performances de pureté spectrale, d’accordabilité et de rapidité du temps de réponse. Ces paramètres ne sont cependant pas compatibles et nécessitent un compromis. Les dispositifs d’interception scannent de larges portions du spectre électromagnétique et requièrent l’utilisation de synthétiseurs accordables sur de larges bandes avec un temps de positionnement en fréquence très court [23]. À l’inverse, la rapidité n’est pas essentielle aux récepteurs d’écoute qui privilégieront la pureté spectrale [24]. Oscillateurs à Quartz Les oscillateurs à résonateur à quartz sont des dispositifs très utilisés pour la génération de signaux radiofréquence. Fonctionnant sur des modes de résonances acoustiques du cristal, ces oscillateurs permettent la génération de signaux très stables jusqu’à plusieurs centaines de mégahertz. Le facteur de qualité de ces résonateurs est généralement compris entre 104 et 106. Des fréquences plus élevées peuvent ensuite être générées grâce à la multiplication successive de la fréquence fondamentale. La pureté spectrale du signal dépend alors directement du bruit de l’oscillateur quartz et du facteur multiplicatif.
Oscillateurs saphir
Des matériaux monocristallins peuvent également être utilisés comme résonateurs diélectriques. Le plus connu est le saphir (monocristal d’oxyde d’aluminium – Al2O3). Bien que ce monocristal ne présente qu’une permittivité diélectrique relativement faible, les très faibles pertes de propagation dans le domaine microonde autorisent l’excitation de modes de résonance d’ordre élevés, appelés modes de galerie. Ces modes permettent ainsi d’atteindre des facteurs de qualité de l’ordre de 105 à température ambiante et de l’ordre de 109 à 4 kelvins. Un oscillateur saphir fonctionnant à température ambiante autour de 9 GHz avec une densité spectrale de puissance de bruit proche de −130 dBc/Hz à 10 kHz (respectivement proche de−50 dBc/Hz à 10 Hz) de la porteuse microonde a été développé par Ivanov et al. [37] (figure 1.12). Notons que l’implémentation d’une boucle de stabilisation permet de réduire le bruit de phase à −165 dBc/Hz à 10 kHz (respectivement proche de−95 dBc/Hz à 10 Hz) de la porteuse microonde. La société PSI a développé un oscillateur saphir délivrant un signal à 10,24 GHz avec une densité spectrale typique de −170 dBc/Hz à 10 kHz (respectivement proche de −117 dBc/Hz à 100 Hz) de la porteuse microonde. La fiche technique présentant les performances du produit n’est cependant plus disponible depuis le rachat de PSI par la société Raytheon Australia [38].
|
Table des matières
Introduction générale
1 Génération de signaux hyperfréquences : application aux radars et à la guerre électronique
Introduction
1.1 Les systèmes radar et de guerre électronique
1.2 Rappel sur les oscillateurs microondes
1.3 État de l’art des oscillateurs microondes
1.4 La génération de signaux microondes par méthode optique et optoélectronique
Conclusion
1.A Annexes : Terminologie du au spectre radiofréquence
1.B Annexes : Définition de la transformée de Fourier et de la transformée de Laplace
2 Oscillateur Optoélectronique Accordable : Principe, Modélisation et Caractérisation du Système
Introduction
2.1 Génération de signaux microondes accordables par laser bifréquence
2.2 Boucle à verrouillage de fréquence optoélectronique
2.3 Réalisation d’un oscillateur optoélectronique largement accordable
Conclusion
2.A Annexes : Mesure des densités spectrales de puissance de bruit d’un signal microonde
2.B Annexes : Mesure du bruit de phase résiduel d’un composant microonde
2.C Annexes : Mesure des densités spectrales de puissance du bruit d’intensité relatif et du bruit de phase d’une onde optique
2.D Annexes : Etude du filtre de boucle
2.E Annexes : Fiches techniques des composants utilisés pour le discriminateur de fréquence optoélectronique
3 Oscillateur Optoélectronique Accordable : Optimisation du Système et Architectures Alternatives
Introduction
3.1 Conversion du bruit d’amplitude vers le bruit de phase par le mélangeur microonde
3.2 Conversion du bruit d’intensité de la source optique vers le bruit de phase micronde dans les photodiodes
3.3 Oscillateur à double boucle à verrouillage de fréquence optoélectronique
3.4 Oscillateur à anneau de fibre résonant
Conclusion
3.A Annexes : Carte d’alimentation stabilisée
3.B Annexes : Résultats de la caractérisation de la sensibilité en amplitude du discriminateur de fréquence optoélectronique
3.C Annexes : Résultats des mesures de conversion du bruit d’intensité optique vers le bruit de phase microonde par les photodiodes
3.D Annexes : Modélisation d’un anneau de fibre
3.E Annexes : Fiches techniques des composants utilisés pour le discriminateur de fréquence optoélectronique
3.F Annexes : Photographies du dispositif expérimental
4 Oscillateur Optoélectronique Couplé
Introduction
4.1 Principe d’un oscillateur optoélectronique couplé
4.2 COEO basé sur un SOA à semelle
Conclusion
4.A Annexe : Développement d’un banc « sous pointe » spécifique permettant la dissipation de fortes puissances thermiques
Conclusion générale
Télécharger le rapport complet
