Présentation
RÉSUMÉ
La « détection radar » est la capacité du radar à déceler la présence d'échos de cible dans un milieu perturbé par la présence de bruits, et à localiser ces cibles. Les notions de bases nécessaires à la quantification du bruit et du signal utile sont abordées. Elles constituent les bases théoriques strictement nécessaires et sont appliquées ici à l'étude du filtrage optimal d'un récepteur radar et à "l'équation du radar" en espace libre et en milieu brouilleur. Les radars de poursuite, avec un fonctionnement spécifique, permettent une localisation très précise des cibles radar grâce à des procédés particuliers de mesure de la distance et des angles.
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"Radar detection" is the capacity of the radar to detect the presence of target echoes, in an environment perturbed by the presence of noise, and localize these targets. The basic notions necessary for the quantification of noise and of the useful signal are presented. They constitute the strictly necessary theoretical basis and are applied in this instance to the study of the optimal filtering of a radar receiver and the "radar equation" in free space and jamming environment. The specific operation of tracking radars allows for an extremely precise localization of radars via specific methods for measuring distance and angles.
Auteur(s)
-
Jacques DARRICAU : Ingénieur général de l'armement - Ingénieur ENICA et ENSAÉ
INTRODUCTION
Cet article concerne l'ensemble des phénomènes mis en jeu par la « détection radar », c'est-à-dire la capacité du radar à déceler la présence d'échos de cible dans un milieu perturbé par la présence de bruits, et à localiser ces cibles.
Il aborde, dans un premier temps, les notions de bases nécessaires à la quantification du bruit et du signal utile.
Pour ce qui concerne le bruit, sont abordées les notions de :
-
gain et bande passante d'un récepteur ;
-
température additionnelle de bruit ;
-
température de bruit et facteur de bruit d'une chaine de réception ;
-
caractéristiques fréquentielles et filtrage.
Pour ce qui concerne le signal utile, sont abordées les notions de :
-
expression mathématique du signal ;
-
expression temporelle des puissances et énergie ;
-
représentation vectorielle et complexe du signal ;
-
notion de signal complexe équivalent ;
-
spectre et filtrage, à partir d'une approche physique de la transformée de Fourier ;
-
examen de spectres typiques de signaux avec et sans porteuse ;
-
calcul spectral des puissances et énergie des signaux.
Ces notions simples constituent les bases théoriques strictement nécessaires à l'étude des performances des récepteurs radar, telle qu'elle sera abordée dans les articles « Détection des mobiles dans le clutter » et « Traitements avancés du signal radar », qui prendront la suite du présent article.
Ici, elles sont directement appliquées à l'étude du filtrage optimal d'un récepteur radar qui aborde successivement :
-
la problématique de la réception radar en présence de bruit ;
-
la recherche d'un filtre résolvant cette problématique et ses performances en terme de rapport signal sur bruit après filtrage.
Cela conduira à l'expression de « l'équation du radar » en étapes successives :
-
établissement de l'équation de propagation du signal entre le radar et l'objet à détecter ;
-
application de la notion de filtrage adapté à la détection en présence de bruit ;
-
équation du radar sur une cible silencieuse et brouilleuse ;
-
équation du radar en milieu brouilleur.
Est ensuite abordé l'aspect probabiliste de la détection radar, ce qui conduira à établir : des relations entre le rapport signal sur bruit à la sortie du récepteur, la probabilité de fausse alarme due au bruit résiduel et la probabilité de détection de la cible. Cela en exposant :
-
un rappel des notions de probabilité nécessaires à cette étude ;
-
l'étude du comportement aléatoire du bruit, conduisant à la fausse alarme ;
-
l'étude de divers comportements du signal et des traitements associés, conduisant à sa détection.
Ces études, centrées sur la présentation des phénomènes physiques, sont illustrées par de nombreux graphiques illustrant les phénomènes eux-mêmes, et les résultats obtenus. Elles sont complétées par un exposé pratique concernant le comportement des ondes dans le milieu naturel.
Enfin, est abordé le domaine particulier des radars de poursuite, qui permettent une localisation très précise des cibles radar grâce à des procédés particuliers :
-
de poursuite distance ;
-
de poursuite angulaire par « scanning » ;
-
de poursuite angulaire par « monopulse » ;
en examinant dans chaque cas :
-
le principe de base du procédé,
-
le détail de la génération du signal d'erreur, conduisant à chiffrer la précision obtenue.
-
Des schémas synoptiques des radars de poursuite à « scanning » et « monopulse » illustrent l'organisation générale de ces radars.
MOTS-CLÉS
signal radar filtrage adapté probabilité de détection précision de localisation détection localisation électronique électromagnétisme
KEYWORDS
radar signal | matched filtering | detection probability | location accuracy | detection | location | electronics | electromagnetism
DOI (Digital Object Identifier)
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1. Bruit en réception radar
Le bruit joue un rôle très important en réception radar, car c'est sa présence qui vient limiter les possibilités de détection du signal utile. Le présent chapitre a pour but de préciser à ce sujet les notions simples, utiles à l'application radar.
Les sources de bruit dans un récepteur sont :
-
les résistances qui sont productrices de bruit thermique ;
-
les éléments actifs qui produisent leurs bruits propres.
Toutes ces sources de bruit s'additionnent en puissance dans le récepteur pour former le bruit global de réception. En pratique, dans la bande utile d'un radar, le bruit d'origine naturelle est uniformément réparti à toutes les fréquences. La puissance moyenne de bruit à la sortie d'un récepteur sera donc, toutes choses égales par ailleurs, proportionnelle à sa bande passante.
1.1 Définitions de base
L'analyse des bruits des récepteurs, prend comme référence le bruit d'origine thermique dont les principaux paramètres sont résumés ci-après :
-
Tension efficace de bruit aux normes d'une résistance « R »
Le bruit dans une résistance ohmique provient de l'agitation thermique des électrons. Le processus de naissance du bruit dans une telle résistance est connu sous le nom « d'effet Johnson ».
On démontre que la tension efficace du bruit engendré dans une résistance a pour expression :
avec :
- R :
- résistance en ohms,
- k :
- = 1,37 × 10–23 watts/hertz/degré constante de Boltzman,
- T :
- température en degrés kelvin,
- ΔF :
- bande de mesure en hertz.
-
Puissance maximale de bruit thermique transmissible à une charge
Un générateur de tension ne peut transmettre à l'extérieur toute l'énergie dont il dispose, car une partie de cette énergie...
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Bruit en réception radar
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DARRICAU (J.), BLANCHARD (Y.) - Histoire du radar dans le monde puis en France. - Revue PEGASE et revue de l'électricité et de l'électronique (2003).
-
(2) - DARRICAU (J.) - Physique et théorie du radar. - Sodipe (1994).
-
(3) - BLANCHARD (Y.) - Le radar 1904-2004 – Histoire d'un siècle d'innovations techniques et opérationnelles. - Ellipses, Thales (2004).
-
(4) - BARTON (D.K.) - Radar system analysis. - Artech House.
-
(5) - CARPENTIER (M.H.) - Le Radar. - Collection que sais-je (1987).
-
(6) - CARPENTIER (M.H.) - Radars bases modernes. - Masson Paris, 5e édition (1984).
-
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