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RÉSUMÉ
Cet article est consacré au radar aéroporté et installé sur un avion ou un hélicoptère. De par son fonctionnement d'une plateforme qui se déplace par rapport au sol, le radar aéroporté est contraint d'utiliser une palette de formes d'onde en vue de s'adapter en temps réel à son environnement. Après avoir explicité les domaines d'emploi de ces différentes formes d'onde, cet article donne les bases du système de gestion permettant à ce radar multifonctions d'optimiser ses performances.
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Eric CHAMOUARD : Ingénieur de l'École supérieure de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris (ESPCI ParisTech) - Design Authority du domaine aéronefs de combat, Thales Systèmes Aéroportés - Senior member SEE
INTRODUCTION
Cet article est consacré au radar aéroporté, soit un radar qui est installé sur un avion (avion piloté ou drone) ou un hélicoptère. Sa lecture nécessite de connaître les bases de fonctionnement du radar Doppler à impulsions (ou « Pulse-Doppler »).
De part son installation sur une plate-forme qui se déplace par rapport au sol, le radar aéroporté présente des spécificités dans le monde des radars. Pour pouvoir remplir son rôle, principalement la détection des objets volants ou au sol, ces spécificités l'amènent à des choix de fonctionnement particuliers, parfois très différents de ceux faits pour un radar fixe par rapport à son environnement. Cet article explique les raisons de ces choix.
La première partie consacrée aux modes air/air (détecter un objet volant à partir d'un radar installé sur une plate-forme aéroportée) explique que le choix des formes d'onde et des traitements (de signal ou d'information) associés ont pour origine les échos de sol qui sont reçus simultanément à ceux de l‘objet à détecter. Ces échos sont de niveaux très importants et avec une répartition spectrale (en terme de fréquences Doppler) particulière. L'analyse de cette répartition permet de comprendre les choix de forme d'onde, choix qui dépendent de la présentation relative du radar et de l'objet à détecter. On en déduit l'intérêt de disposer d'une palette de modes, chacun optimisé pour une configuration particulière. Cette partie se termine par une illustration de l'intérêt de la gestion radar avancée. Gestion permise par l'utilisation des dernières générations d'antennes à balayage électronique (antenne passive, antenne active…) qui, à performances identiques au niveau du matériel (émetteur, antenne…), permet d'améliorer les performances de détection par rapport à la gestion « simple », la seule utilisable quand on a une antenne à balayage mécanique.
La partie consacrée aux modes air/sol (détection des objets au sol à partir d'un radar installé sur une plate-forme aéroportée) décrit le fonctionnement du radar pour la détection des objets mobiles ou fixes, la détection de ces derniers étant une utilisation du mouvement de la plate-forme.
Les modes air/mer (détection des objets à la surface de la mer par un radar installé sur une plate-forme aéroportée) feront l'objet d'un article spécifique auquel on se reportera.
La conclusion résume les parties précédentes et montre qu'un radar aéroporté est obligatoirement un radar multifonctions, avec les conséquences matérielles et logicielles qui en découlent, de par la nécessité d'utiliser toute une liste de modes de fonctionnement, à la fois pour assurer ses différentes missions (air/air et air/sol, par exemple), mais aussi parce que chaque mission (air/air, par exemple) nécessite à elle seule une liste de modes de fonctionnement pour couvrir l'ensemble des scénarios.
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1. Modes air-air
1.1 Problématique du radar aéroporté
Le scénario typique d'utilisation d'un radar aéroporté est donné par la figure 1.
Dans cette figure 1, le radar aéroporté est installé à l'avant d'une plate-forme aéroportée et cherche à détecter les objets volants en balayant l'espace avec son antenne : l'objet A qui vole à haute altitude et l'objet B qui vole à basse altitude.
On suppose un fonctionnement classique d'un radar (celui qui est le plus utilisé pour les radars basés au sol) :
-
une antenne de quelques degrés d'ouverture à – 3 dB ;
-
basse fréquence de répétition des impulsions (BFR) ou non ambigu en distance, c'est-à-dire qu'on attend que le signal de l"objet le plus éloigné soit revenu au radar avant d'émettre une nouvelle impulsion (typiquement des fréquences de répétition de l'ordre du kHz, ce qui permet des modes non ambigus jusqu'à des distances de l'ordre de la centaine de km) ;
-
impulsion courte, typiquement de l'ordre de la microseconde qui permet au radar de séparer les objets avec une résolution sur l'axe distance de l'ordre de la centaine de mètres ;
-
non Doppler, c'est-à-dire qu'à chaque impulsion émise, on échantillonne le signal reçu en sortie du filtre adapté à cette impulsion, et on compare directement les échantillons à un seuil déterminé pour tenir le taux de fausses alarmes visé.
La détection de l'objet A correspond au scénario classique de détection d'un objet volant à partir d'un radar installé au sol. L'objet est détecté si son contraste par rapport au bruit radar est suffisant.
La détection de l'objet B est plus problématique, au sens où il y a 3 signaux simultanément présents :
-
le signal réfléchi par l'objet ;
-
le bruit du radar ;
-
le signal provenant du signal radar qui s'est réfléchi sur le sol.
Or, si l'objet est proche du sol, le sol et l'objet sont vus avec sensiblement le même gain d'antenne (écart angulaire faible vu du radar), et à des distances identiques.
La capacité de détecter, ou pas, est donc uniquement fonction du contraste entre la réflectivité (Surface équivalente...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - NATHANSON (F.E.) - Radar design principles, signal processing and the environment - (1999).
-
(2) - DARRICAU (J.) - Physique et théorie du RADAR - (1993).
-
(3) - WINTERBY (J.) - Ressource allocation in airborne surveillance radar. - Manuscrit de thèse (2003).
-
(4) - WINTER (E.) - Des outils d'optimisation combinatoire et d'ordonnancement pour la gestion des radars embarqués. - Manuscrit de thèse (2008).
-
(5) - MERIGEAULT (S.) - Traitement spatio-temporels appliqués à l'imagerie RADAR du sol. - Manuscrit de thèse (1998).
-
(6) - LACOMME/HARDANGE/MARCHAIS/NORMANT - Air and spaceborne radar Systems. - Scitech (2001).
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