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En anglais
RÉSUMÉ
Les dispositifs à ondes élastiques opèrent comme capteurs grâce à la sensibilité de leurs caractéristiques physiques, notamment vitesse de l’onde, et aux paramètres environnementaux. Ils sont exploités comme cible coopérative de RADAR à courte portée (< 10 m) en tant que capteurs passifs interrogeables sans fil. Cet article décrit la chaîne de mesure : conception de la cible pour retarder le signal au-delà du fond incohérent ; conception du capteur par choix du substrat piézoélectrique pour l’analyse de la fréquence de résonance ou phase du signal retardé ; mise en œuvre du RADAR et des algorithmes de traitements.
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Acoustic wave transducers are considered as short range RADAR cooperative targets for probing through a radiofrequency link passive sensor responses. A systems engineering approach is needed to consistently address the whole measurement chain as described in this article : target design in order to delay the sensor response beyond clutter ; physical quantity measurement through a resonance frequency or echo delay introduced by the sensing mechanism ; short range RADAR implementation and associated signal processing schemes ; and finally sensor design including a clever selection of the piezoelectric substrate. Application examples are given at the end of the presentation.
Auteur(s)
-
Jean-Michel FRIEDT : Enseignant à l'université de Franche-Comté, - Chercheur au département temps-fréquence de l'institut FEMTO-ST, Besançon, France
-
Sylvain BALLANDRAS : Directeur général, frec|n|sys, Besançon, France
INTRODUCTION
Les dispositifs passifs interrogeables sans fil répondent au besoin qu’aucune autre technologie ne peut appréhender : fournir un signal représentatif d’une grandeur physique au moyen d’un transducteur passif (sans source d’énergie locale) dont les caractéristiques sont sondées à travers une liaison radiofréquence. Ces capteurs sont déployés en environnement hostile dans lesquels une source d’énergie ne saurait fonctionner, ou dans un environnement où la longévité du capteur ne pourrait être garantie par une source d’énergie locale. Le principe qui préside à la conception de capteurs passifs interrogeables sans fil consiste à considérer ceux-ci comme une cible coopérative d’un système RADAR à courte portée : le RADAR se comporte comme une source de signal conçue pour sonder la réponse de la cible, dont la section RADAR (« réponse ») est affectée par son environnement, et en particulier la grandeur physique à mesurer. Le signal rétropropagé par la cible contient l’information qui nous intéresse – la grandeur mesurée – extraite après réception par le RADAR par traitement du signal. Nous nous efforçons par ailleurs de suivre deux principes qui, sans être intrinsèquement liés aux capteurs passifs interrogeables sans fil, garantissent la robustesse de la mesure ; nous nous focalisons sur les informations liées à la phase ou à la fréquence des signaux plutôt qu’à leur amplitude par souci de robustesse et d’immunité de la réponse à l’environnement. Par ailleurs, nous recherchons des mécanismes d’interaction de la cible avec le champ électromagnétique rayonné par le RADAR qui soient linéaires, afin de garantir une réponse du capteur quelle que soit la puissance incidente, la portée étant alors limitée par le plancher de bruit de l’étage de réception qui détermine la plus petite puissance détectable.
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MOTS-CLÉS
capteur onde élastique de surface RADAR courte portée cible coopérative résonateur acoustique
KEYWORDS
sensor | surface acoustic wave | short range RADAR | cooperative tagert | acoustic resonator
VERSIONS
- Version archivée 1 de févr. 2001 par Eugène DIEULESAINT, Daniel ROYER
DOI (Digital Object Identifier)
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Architecture de la cible coopérative
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1. Principe de mesure
La chaîne de mesure décrite ci-après détermine le plan de cet article : une source radiofréquence se doit d’émettre un signal électromagnétique qui corresponde au mieux à la réponse impulsionnelle de la cible coopérative formée du capteur. Une antenne liée au capteur couple ce champ incident avec le capteur en respectant les conditions d’adaptation d’impédance dans un environnement variable. Le capteur couple certaines composantes spectrales du signal incident dans sa bande passante et soit rétro-propage certaines composantes spectrales après avoir emmagasiné l’énergie (résonateur), soit retarde l’onde incidente (figure 1).
Dans les deux cas, la sensibilité des caractéristiques de l’onde de surface aux conditions environnementales, en particulier sa vitesse de phase, module la réponse du capteur. Couplée à l’antenne par réciprocité et réversibilité du principe de transduction, celle-ci donne lieu à un signal diffusé à travers le milieu qui sépare le capteur du RADAR, pour finalement atteindre l’étage de réception. Diverses stratégies de traitement du signal, en particulier de compression d’impulsion, ont été explorées pour améliorer le rapport signal à bruit et donc abaisser la limite de détection.
L’utilisation de cibles coopératives pour compléter les informations de section RADAR d’une cible illuminée par un champ électromagnétique date de la seconde guerre mondiale, avec diverses signatures introduites par les cibles lors des observations par les opérateurs de RADAR. Ce concept a été formalisé dès 1948 avec la description d’une cible susceptible d’introduire une signature représentative d’un code (vitesse de rotation de réflecteurs pour moduler le signal rétrodiffusé) ou d’une grandeur physique (modulation de l’impédance de la cible). Cette publication fait antériorité à l’utilisation à des fins d’espionnage par Léon Theremin ...
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Principe de mesure
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - STOCKMAN (H.) - Communication by means of reflected power. - Proceedings of the IRE, 36(10) : p. 1196-1204 (1948).
-
(2) - GLINSKY (A.) - Theremin : ether music and espionage. - University of Illinois Press (2000).
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(3) - YU (X.), LIANG (M.), XIN (H.) - Performance evaluation of wideband microwave direction-of-arrival estimation using Luneburg lens. - IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 16 : p. 2453-2456 (2017).
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(4) - APPELBAUM (J.), HORCHERT (J.), STOCKER (C.) - Shopping for spy gear : Catalog advertises NSA toolbox. - Der Spiegel, http://leaksource.info/2013/12/30/nsas-ant-division-catalog-of-exploits-for-nearly-every-major-software-hardware- firmware/ (2013).
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(5) - ALLEN (C.T.), SHI (K.), PLUMB (R.G.) - The use of ground-penetrating radar with a cooperative target. - IEEE transactions on geoscience and remote sensing, 36(5) : p. 1821-1825 (1998).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
IEEE Frequency Control Symposium IFCS
http://ieee-uffc.org/publications/intérnational-frequency-control-symposium-proceedings/
European Frequeny and Time Forum EFTF
HAUT DE PAGE
IEEE Sensors
https://ieee-sensors.org/sensors-journal/
IEEE Trans. Ultrasonics and Frequency Control
http://ieee-uffc.org/publications/transactions-on-uffc/
MDPI Sensors
http://www.mdpi.com/journal/sensors
HAUT DE PAGE
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