Principe général du radar

Le mot RADAR provient de l’acronyme anglais Radio Détection And Ranging, adopté par la marine américaine en 1940, que l’on peut traduire par ‘détection et estimation de la distance par ondes radio’. Cet acronyme d’origine américaine a remplacé le sigle anglais précédemment utilisé : RDF (Radio Direction Finding), mais son histoire débute bien des années auparavant. La première trace généralement retenue dans la genèse du radar remonte à 1886, avec les expériences sur les ondes électromagnétiques du physicien Heinrich Hertz. Les anglais ont sans doute été les plus grands contributeurs au développement du radar.

Principe général du radar 

Définition

Cet équipement de détection et de localisation est appelé successivement Détection Electromagnétique (France), Radio Location (Grande Bretagne) et enfin RADAR (nom du projet aux Etats-Unis, vulgarisé en 1945). Le sigle RADAR signifie : Radio (pour électromagnétique) Detection And Ranging (pour localisation).
– Radio : les radars fonctionnent à des fréquences comprises entre 3Mhz (onde de surface ou par rétrodiffusion ionosphérique) et 100GHz (courte portée).
– And : simultanément
– Ranging : localisation des cibles en quatre dimensions, site, gisement, distance, vitesse radiale.

Le radar est donc un instrument d’alerte (détection) et de mesure (localisation).Dans cette deuxième fonction, deux caractéristiques sont essentielles :
– La précision et l’incertitude sur la valeur exacte de chaque paramètre de localisation
– Le pouvoir séparateur ou la résolution : c’est la possibilité de distinguer et de localiser séparément plusieurs cibles.

Principe

Un radar est un système qui utilise la propriété des ondes électromagnétiques de se réfléchir (en totalité ou partiellement) sur tout obstacle, permettant ainsi de détecter des objets (cibles) qui sont situés à l’intérieur de son volume de couverture pour en extraire des informations comme la position, la vitesse, la forme. Au sens large du terme, une cible (target en Anglais) est tout objet qui interfère avec l’onde émise et réfléchit une partie de l’énergie vers le radar. On fait la distinction entre une cible qui est l’objet qu’on veut détecter et le « clutter » qui représente les objets non désirées (réflexions de la mer, de la terre, pluie, oiseaux, insectes, météorites,…) qui interceptent aussi l’énergie et la renvoient. Le signal transmis par le radar est généré par un émetteur puissant puis passe par un duplexeur qui l’aiguille vers l’antenne émettrice. Chaque cible réfléchit le signal en le dispersant dans un grand nombre de directions ce qui se nomme la diffusion. La rétrodiffusion est le terme désignant la partie du signal réfléchi diffusée dans la direction opposée à celle des ondes incidentes (émises). L’écho ainsi réfléchi par la cible vers l’antenne sera aiguillé par le duplexeur vers un récepteur très sensible, souvent situé au même endroit que l’émetteur. Dans ce cas, le radar est dit monostatique. Mais dans le cas contraire, c’est-à-dire si l’émetteur et le récepteur sont implantés sur deux endroits différents, alors on rencontre un radar multistatique. Pour ce faire, il constitue un ensemble comportant :
● un émetteur engendrant le signal ;
● une antenne le focalisant dans l’espace ;
● un récepteur recueillant l’onde de retour ;
● un système d’exploitation adaptant l’information recueillie à l’opérateur.

Dans les radars classiques, le signal émis est une suite d’impulsions électromagnétiques. Chaque impulsion de durée très brève « 𝜏 », de l’ordre de quelques microsecondes, se propage dans l’atmosphère à la vitesse de la lumière : 𝐶 = 3 × 10⁸ m/s.

Composantes principales

Schéma d’ensemble

Il ressort du paragraphe précédent que le radar est un instrument capable de fournir à l’utilisateur les informations suivantes :
❖ Existence d’un corps étranger dans l’atmosphère (avion, bateau, obstacle naturel, etc.).
❖ Position de ce corps étranger.
Ces deux informations peuvent être complétées suivant le cas, par d’autres informations portant sur la vitesse, l’étendue, voire la nature du corps détecté par le radar.

L’antenne 

C’est l’élément le plus visible du radar et également le plus connu du profane. Son rôle est de concentrer l’énergie émise par le radar dans un angle solide déterminé. Cet angle solide est défini par la nature de l’antenne utilisée. La direction vers laquelle il est dirigé est également liée à l’antenne, une action (mécanique ou électronique) sur cette antenne permettra de modifier cette direction et donc de provoquer une exploration du domaine entourant le radar. L’antenne peut être double afin de permettre indépendamment les fonctions d’émission et de réception. Dans ce cas, il est nécessaire que les deux aériens élémentaires soient orientés à chaque instant dans la même direction. Ils doivent donc être solidaires entre eux ou synchronisés. En outre, leur interférence radioélectrique doit être la plus faible possible afin qu’au moment de l’émission, le signal émis qui est de très grande puissance ne vienne pas perturber le fonctionnement du récepteur.

L’ensemble des raisons qui précèdent vient augmenter le prix de l’antenne double, aussi, dans la majorité des cas, on lui a préféré la solution de l’aérien unique, utilisé à l’émission et à la réception, associé à un duplexeur.

Le duplexeur
C’est un aiguilleur électronique qui permet, d’une part au signal émis d’être dirigé vers l’antenne avec une perte minimale tout en isolant convenablement le récepteur, d’autre part au signal reçu d’être dirigé en totalité vers le récepteur, sans dérivation vers l’émetteur et toujours avec une perte minimale. La complexité du duplexeur dépend du niveau de puissance du signal émis (de quelques kilowatts à 20 MW dans les radars de moyenne et grande portée). Elle est liée à la limitation des fuites vers le récepteur, (qui ne peut supporter sans détérioration des signaux supérieurs à 100 mW environ).

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Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1 GENERALITES SUR LE RADAR
1.1 Introduction
1.2 Principe général du radar
1.2.1 Définition
1.2.2 Principe
1.3 Composantes principales
1.3.1 Schéma d’ensemble
1.3.2 L’antenne
1.3.3 Le duplexeur
1.3.4 L’émetteur
1.3.5 Le récepteur
1.3.6 Le traitement et l’exploitation des informations
1.3.7 La synchronisation
1.3.8 Les informations de pointe angulaire
1.3.9 La liaison duplexeur antenne
1.4 Classification des systèmes radar
1.4.1 Radar primaire (PSR)
1.4.2 Radars à impulsions
1.4.3 Radars à onde continue
1.4.4 Radar secondaire (SSR)
1.4.5 Comparaison entre radar secondaire et primaire
1.4.6 Radar Doppler
1.4.7 Radars bistatiques
1.4.8 Radar astronomie
1.4.9 Radar imageur et Radar non imageur
1.5 Le signal radar
1.6 Caractéristique du signal radar
1.6.1 Durée de l’impulsion
1.6.2 Résolution horizontale
1.6.3 Distance minimale de sondage
1.6.4 Fréquence de répétition des impulsions (PRF)
1.6.5 PRF décalée
1.6.6 Fouillis d’échos
1.6.7 Ambiguïté sur la distance
1.6.8 Ambiguïté sur la vitesse
1.7 Conclusion
CHAPITRE 2 TRAITEMENT DES SIGNAUX RADAR
2.1 Introduction
2.2 Equation des radars
2.3 Surface réfléchissante effective 𝝈
2.4 Paramètres de Radar
2.5 La mesure de la distance (Range)
2.6 Diagrammes d’antenne
2.6.1 Le gain
2.6.2 L’angle d’ouverture
2.6.3 Décomposition d’un diagramme d’antenne
2.6.4 Diagrammes de rayonnement en site
2.6.5 Diagramme de rayonnement en azimut
2.7 Technique de correction des réponses sur lobes secondaires
2.7.1 Position du problème
2.7.2 La solution retenue
2.8 Mesure de la position angulaire de la cible
2.9 Portée du Radar
2.10 Le bilan de puissance
2.11 Nombre de coups au but
2.12 Mesure réelle de la distance
2.13 Traitement des données radar
2.13.1 L’Extracteur d’échos
2.13.2 Processeur du signal radar
2.14 Conclusion
CHAPITRE 3 LES RADARS A EFFET DOPPLER
3.1 Introduction
3.2 Les radars doppler
3.2.1 L’effet Doppler
3.2.2 Les radars Doppler
3.3 Principe de base
3.4 Traitement des signaux
3.4.1 Double localisation en distance et en doppler
3.4.2 Visualisation des cibles mobiles (VCM)
3.4.3 Effet doppler sur un train d’impulsions
3.5 Les radars doppler à impulsion
3.5.1 Description
3.5.2 Principe de base
3.5.3 Erreurs et décisions
3.5.4 Equation de radar à PRF élevé
3.5.5 Traitement de signal
CONCLUSION GENERALE

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