www.radartutorial.eu Les Principes du Radar

Radar à diversité de fréquence

Commutateur
Duplexeur
Sélecteur de
frequence
Récepteur
f₂
Récepteur
f₁
Ligne à
retard
Addition
Addition
Multipli-
kation
Trans-
metteur f₁
Trans-
metteur f₂
Modulateur
Modulateur
Générateur de
synchronisation

Figure 1 : Principe de fonctionnement du radar à diversité de fréquence

Commutateur
Duplexeur
Sélecteur de
frequence
Récepteur
f₂
Récepteur
f₁
Ligne à
retard
Addition
Addition
Multipli-
kation
Transmetteur
f₁
Transmetteur
f₂
Modulateur
Modulateur
Générateur de
synchronisation

Figure 1 : Principe de fonctionnement du radar à diversité de fréquence

Radar à diversité de fréquence

Afin de solutionner en partie le problème de la fluctuation de la taille des cibles, de nombreux radars utilisent deux (ou plus) fréquences d'illumination. La diversité de fréquence est couramment réalisée grâce à l'emploi de deux émetteurs fonctionnant en tandem permettant d' éclairer la cible avec deux signaux de fréquences distinctes, comme le montre la figure ci-dessous.

Les signaux réfléchis peuvent être traites séparément à la réception de façon à en assurer la cohérence. En plus du gain de 3 dB lié à l'utilisation simultanée de deux émetteurs en parallèle, le fonctionnement sur deux fréquences distinctes permet d'améliorer les performances du radar (typiquement de l'ordre de 2.8 dB).

Grâce à l'émission multifréquence, Il est possible d'allonger la portée de détection de façon sensible, à probabilité de détection et taux de fausses alarmes constants. C'est à dire que si l'on considère deux équipements radars bénéficiant de la même probabilité de détection et d'un taux de fausses alarmes identique, le système ayant la capacité d'émettre sur plusieurs fréquences aura la plus longue portée maximum. La base physique expliquant le phénomène est le „lissage” des fluctuations complexes de la surface équivalente radar des échos. Les valeurs extrêmes (minima et maxima) n'apparaissant pas aux mêmes moments sur les différentes fréquences émises (c'est à dire à un „endroit” différent dans chaque diagrammes rayonnés), les fluctuations en opposition de phase s'annulent entre elles.

Lorsque le signal retourné sur la première fréquence atteint un maximum, celui de l'autre fréquence est en général au minimum. La somme des deux signaux ne dégrade pas la valeur moyenne de l'amplitude de chaque signal; elle permet d'obtenir un signal „lissé”, subissant des variations d'amplitude réduite. Le traitement indépendant de chaque fréquence à la réception permet, selon le même principe, d'améliorer le rapport „signal sur bruit”. Si le niveau minimum d'énergie réfléchie pour détecter une cible n'est atteint (et dépassé) que sur l'une des fréquences, la corrélation des deux signaux reçus permettra de valider la présence de la cible alors que le niveau de bruit moyen, limité par les annulations de déphasage, n'augmentera pas dans les mêmes proportions que le signal utile. La portée de détection est donc accrue. Le désavantage de cette technique est, d'un point de vue militaire, que les deux signaux générant des spectres différents, ils augmentent le risque de conduire à la détection du radar par les équipements d'interception ennemis.

L'émission multifréquence est utilisée par les radars grâce à l'emploi de l'une des techniques suivantes:

  1. Emission simultanée de plusieurs impulsions de fréquences différentes, qui peut être réalisée sous sa forme la plus simple par l'emploi de plusieurs émetteurs (chacun ayant son récepteur associé) fonctionnant de concert mais sur des fréquences différentes.
     
  2. Emission d'une série de signaux successifs, chacun ayant sa propre fréquence. La fréquence porteuse du signal émis peut alors varier soit:
    • d'une impulsion à l'autre (ex: agilité de fréquence),
    • à l'intérieur d'une impulsion formée de „sous impulsions” collées les unes aux autres (ex: diversité de fréquence),
    • d'un groupe d'impulsions à l'autre (ce qui n'est possible qu'à de hautes fréquences de répétition des impulsions).
    Des combinaisons de plusieurs méthodes sont aussi utilisées.

A titre d'exemple, le radar de contrôle de trafic aérien ASR-910 génère un signal multifréquence sous la forme de deux impulsions (une sur chaque fréquence) se succédant dans un délai très court (diversité de fréquence). Le radar de défense aérienne RRP-117 génère également deux fréquences différentes; il utilise de plus la compression d'impulsion. (Cependant, les spectres des fréquences émises se recouvrant en compression d'impulsion, d'autres règles doivent être prises en compte).

L'émission successive de plusieurs signaux a les avantages suivants par rapport à une émission simultanée:

Un avantage important de l'émission multifréquence simultanée (diversité) est sa grande résistance au brouillage. Le traitement „personnalisé” de chaque signal (donc chaque fréquence) sur une voie de réception dédiée y est pour quelque chose. L'addition linéaire des composantes du signal augmente la probabilité de détection de la cible, et dans une moindre mesure, la résistance au brouillage. La solution de la multiplication des amplitudes permet de privilégier l'augmentation des capacités anti-brouillage à celle de la probabilité de détection.

La raison la plus couramment avancée pour justifier de la nécessite de travailler sur deux fréquences différentes grâce à deux émetteurs (cas du ASR-910) est la redondance („Au pire, quand l'un de mes émetteurs est en panne, il me reste l'autre!”). La portée de détection maximum est alors réduite à 70% de la portée maximum du système lorsque les deux émetteurs fonctionnent¹. Le phénomène est souvent immédiatement remarqué par le contrôleur aérien, bien que dans certains cas son origine soit de toute autre nature...

¹) racine quatrième des pertes de 3dB (chute de moitié de la puissance émise) plus 2 à 2,5 dB de pertes supplémentaires liées aux problèmes de fluctuations des cibles

Commutateur
Duplexeur
Sélecteur de
frequence
Récepteur
f₂
Récepteur
f₁
Ligne à
retard
Addition
Addition
Multipli-
kation
Trans-
metteur f₁
Trans-
metteur f₂
Modulateur
Modulateur
Générateur de
synchronisation

Figure 1 : Principe de fonctionnement du radar à diversité de fréquence

Description du fonctionnement des blocs dans le diagramme

Générateur de synchronisation

Ce générateur délivre le signal qui synchronise la transmission des impulsions, l'écran de visualisation et les autres circuits associés.

Modulateur

Le modulateur élabore, à partir d'une source de très haute tension, l'impulsion qui excitera l'émetteur pendant la durée voulue.

Emetteur

L'émetteur du radar génère le signal hyperfréquence sous la forme d'une impulsion courte et de forte puissance, rayonnée dans l'air par l'antenne.

Commutateur

Figure 2 : Commutateur

Kommutator

Figure 2 : Commutateur

Le commutateur est en fait un interrupteur - sélecteur qui permet de gérer la circulation des signaux hyperfréquences. Lorsqu'il est „passif”, les signaux reçus sur ses entrées se retrouvent simultanément sur son unique sortie. Lorsqu'il est „actif”, pour éviter l'embouteillage sur la sortie unique, les signaux sont décalés dans le temps les uns par rapport aux autres grâce à des „portes temporelles” (contrôlées au moyen d'impulsions comme le montre le schéma).

Les permutations entre très hautes fréquences devant être effectuées très rapidement, le commutateur utilise la même technologie électronique que celle du duplexeur.

Duplexeur

Le duplexeur connecte l'antenne alternativement à l'émetteur et au récepteur, rendant possible l'utilisation d'une antenne unique. Cette commutation est nécessaire afin d'éviter que les impulsions de forte puissance transmises par l'émetteur endommagent ou détruisent les circuits du récepteur (calibrés pour le traitement de signaux de très faible puissance).

Antenne

L'antenne diffuse l'énergie de l'émetteur dans l'espace dans un volume déterminé et avec l'efficacité voulue. Le processus est identique à la réception, l'antenne captant alors l'énergie diffuse dans un volume d'espace donné et selon son efficacité.

Sélecteur de fréquence

Le sélecteur de fréquence est un filtre adapté à chaque fréquence émise. Il distribue les échos reçus à chaque récepteur en fonction de leur fréquence.

Récepteurs

Les récepteurs amplifient et démodulent les signaux hyperfréquences reçus. A sa sortie, un récepteur fournit des signaux vidéos.

Ligne à retard
f2  f1
oscilloscope
temps de retard

Figure 3 : Ligne à retard

f2  f1
oscilloscope
temps de retard

Figure 3 : Ligne à retard

A l'émission, l'impulsion f2 suit l'impulsion f1 après un retard déterminé. Afin d'annuler ce décalage à la réception (l'impulsion 2 n'ira pas plus vite pour rattraper son retard, même si nous l'exigeons! Smiley: verschmitztes Lächeln), l'impulsion 1 doit à son tour subir un retard exactement identique. Le traitement du signal peut alors s'appliquer simultanément aux deux signaux synchrones. Notez bien que la première impulsion émise est représentée par la première impulsion visualisée sur l'oscilloscope, c'est à dire par celle qui apparaît sur la gauche de l'écran.

Traitement du signal

Lorsque le radar utilise plusieurs fréquences, chaque signal est traité par une voie de réception propre (à sa fréquence). Les signaux sont ensuite combinés et écrêtés par rapport à une valeur seuil. Plusieurs traitements sont utilisés:

L'emploi de l'une de ces techniques permet d'atteindre un traitement des plus efficaces.
Mais il est généralement impossible de connaître celle qui est employée pour un système donné, cette information étant considérée comme hautement confidentielle.

Indicateur

L'indicateur doit en permanence mettre à disposition de l'utilisateur une représentation graphique facilement interprétable de la position relative des cibles détectées par le radar.