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Mis à jour le 20/07/2020

Analysez un système radar à ondes continues

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Nous verrons dans ce chapitre une description de l'onde émise par un système à ondes continues.

Décrire un système à ondes continues

Pour effectuer la détection d'une cible radar et la détermination de sa position, nous avons utilisé un radar impulsionnel. Il est aussi possible d'utiliser des ondes continues (CW pour continuous wave) afin d'effectuer cette détection de cible. En revanche, le traitement lié à la détermination de position est inefficace avec un tel système CW.

Structure de principe du radar à ondes continues
Structure de principe du radar à ondes continues

Un système radar à ondes continues est constitué d'un émetteur à la fréquence f0 . À la réception, l'onde réfléchie par la cible radar est démodulée à la fréquence f0 . Si une fréquence fd se superpose à la fréquence f0 , alors cette fréquence fm est détectée à la suite du filtre passe-bas. Puisque le signal émis est continu, la puissance émise pour un radar CW est plus faible que pour un radar impulsionnel (à énergie égale), cette énergie étant transmise de manière continue. 

Faire le parallèle avec la structure d’un radar impulsionnel

La première constatation concerne le nombre d'antennes pour un système radar de type CW. Il est nécessaire d'avoir 2 antennes : antenne d'émission et antenne de réception. Nous avons vu, au début de ce cours, les différentes positions que peuvent avoir les antennes entre elles (quasi monostatique, bistatique, multistatique). Dans notre cas, nous allons décrire la situation quasi monostatique où nous considérons que la distance entre l'antenne d'émission et de réception est très faible par rapport à la distance entre le radar et la cible. Cette différence de la partie antenne avec un radar impulsionnel est fondamentale, car elle induit un couplage entre antennes pouvant empêcher la détection de cibles de très faible SER.

Les autres éléments de comparaison avec un système radar impulsionnel concernent :

  • l'amplification de puissance à l'émission et l'amplification faible bruit qui ont les mêmes fonctions ;

  • le démodulateur qui permet de décrire la partie dite bande de base du signal reçu et qui sera exploitable après filtrage passe-bas. Cette démodulation peut aussi s'effectuer en phase et en quadrature ;

  • le circulateur qui n'est pas nécessaire pour un radar CW, puisque l'émission est découplée de la réception. Toutefois, pour des raisons de couplage, il peut être nécessaire de protéger le récepteur (limiteur ou filtrage de la fréquence porteuse) ;

  • le filtrage passe-bas permettant d'extraire la partie bande de base du signal reçu.

L'équation du radar s'écrit de la même manière pour un radar CW que pour un radar impulsionnel et les grandeurs mises en jeu sont semblables. Ainsi, la puissance P_r réfléchie par une cible de SER \sigma et située à une distance R est décrite avec :

Pr=PtGtGrλ2σ(4π)3R4L

Les gains Gt et Gr peuvent être différents et la perte L s'étale sur le trajet aller et retour de l'onde. Cette puissance est reçue par un système de bande de réception de bande passante Δf .

Pour un radar CW, il est essentiel de prévoir l'influence de bruits différents de ceux pris en compte pour un radar impulsionnel.

Dans un premier temps, il est primordial de décrire le bruit provenant du couplage entre l'émission et la réception sur la portée radar. En effet, nous considérons ν(f) , la densité spectrale liée au bruit d'émission dans la bande de fréquence d'intérêt et C , le coefficient de couplage entre les antennes. La puissance du bruit de couplage est donc donnée par :

PC=Ptν(f)ΔfC

Ainsi, le rapport signal à bruit de détection pour un radar CW en tenant compte du couplage entre antennes, est donné par :

(SB)=PrPC=Cν(f)ΔfGtGrλ2σ(4π)3R4L

Ensuite, contrairement au radar impulsionnel, le radar CW n'est pas en mesure de déterminer la distance à laquelle se trouve la cible. Ainsi, la puissance reçue par le système radar provient de

  • la cible avec une puissance dépendant de la cible et de la position (par l'intermédiaire de la distance et des gains d'antenne)

    Pr=KσGtGrR4

     

  • l'environnement (ou clutter) caractérisé par une puissance de rétrodiffusion et dépendant de la surface équivalente du clutter Σ(R) vu par le radar (et lié à l'angle d'ouverture de l'antenne G(R) ) entre une distance Rmin et Rmax

    Pclutter=KRmaxRminΣ(R)G2(R)R4dR.

     

     

Pour un radar CW, la détection des cibles immobiles nécessite donc de prendre en compte la puissance provenant du clutter et pouvant masquer les cibles à faible SER.

Analyser l’influence du bruit de phase

Un bruit particulier concerne le bruit de phase. Nous considérons comme l'onde émise une onde de fréquence f0 et qui est modulée en phase par l'intermédiaire d'une modulation parasite à la fréquence fp . Le signal émis présente donc des bandes latérales liées au bruit de phase dont la densité spectrale normalisée s'écrit avec :

νp=ΔF24f2p

ΔF est la différence entre fréquence émise et fréquence mesurée. À la réception, lors de la démodulation, le signal reçu, portant aussi le bruit de phase, est multiplié avec le signal émis, lui aussi porteur du bruit de phase. Nous obtenons alors la densité spectrale du bruit de phase à la réception (après démodulation) avec :

νpr=ΔF2sin2(πfpτ)f2p

ce qui montre que le bruit de phase est réduit ( τ est le temps de retard entre l'onde émise et l'onde reçue).

Exemple de certificat de réussite
Exemple de certificat de réussite