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Utilisations du radar bistatique

Le concept de radar bistatique refait surface lorsque la technologie et les coûts ne permettent pas l’utilisation d’un radar dédié à une tâche. Il a plusieurs fois disparu, à cause de ses désavantages, lorsque d’autres solutions ont été trouvées.

Radar météorologique bistatique

Figure 1 : Radar monostatique avec deux récepteurs bistatiques.

Figure 1 : Radar monostatique avec deux récepteurs bistatiques.

Un des problèmes en météorologie radar est de connaître avec précision les mouvements dans les nuages. Un seul radar ne permet de connaître que la vitesse radiale des précipitations et de ne calculer que les divergences. Il est possible de voir des indices de rotation mais non d’en calculer l’intensité avec précision. L’utilisation d’un radar bistatique permet à peu de frais d’obtenir la composante tangentielle du vent horizontal car le récepteur secondaire reçoit l’information d’un angle différent. Il s’agit d’une façon beaucoup moins coûteuse que de construire un second radar météorologique.

Un fois les deux composantes du vent horizontal connues, ainsi que la répartition des précipitations dans le nuage, il est possible de calculer les mouvements à trois dimensions dans le nuage, incluant les rotations. Cela est particulièrement intéressant dans l’étude des orages. Ces informations peuvent ingérées dans les modèles numériques de prévision du temps à fine échelle.

Le premier réseau radar de recherche dans ce domaine est l’œuvre combiné du National Center for Atmospheric Research (NCAR) des États-Unis et de l’observatoire radar J. S. Marshall de l’Université McGill de Montréal, Canada, en 1996. Par la suite d’autres centres de recherche se sont intéressés à ce domaine. En particulier, on peut mentionner l’Institut de physique atmosphérique du Centre aérospatial allemand à partir de 1999 (Voir cette présentation en PDF).

Dans tous les cas, les antennes secondaires ont un assez large angle de réception azimutal (30 à 60 degrés) et vertical (2 à 10 degrés). Il faut donc une excellente synchronisation entre le radar primaire et les antennes secondaires afin de déterminer la position des échos retournés. Cela limite également la zone de couverture à un emplacement bien défini, comme au-dessus d’un aéroport. La recherche semble être au point mort depuis le milieu des années 2000 à cause de certains problèmes liés à la résolution de ce type de radar.

Rampe de
lancement
CWIR
Azimut et
angle d’élévation
Antenne avant
Antenne arrière

Figure 2 : Radar HAWK

Rampe de
lancement
CWIR
Azimut et
angle d’élévation
Antenne avant
Antenne arrière

Figure 2 : Radar HAWK

Utilisations militaires du radar bistatique

Dans le cas d’un radar militaire, il existe différents usages dont celui de rendre possible la détection d’avions furtifs. Ces derniers sont conçus pour minimiser le retour vers un radar classique mais ce n’est pas nécessairement le cas pour l’énergie reflétée dans les autres directions, en particulier vers l’antenne secondaire d’un radar bistatique. Les radars bistatiques sont également fréquemment utilisés dans le téléguidage des missiles.

Téléguidage semi-actif

Le fonctionnement du téléguidage semi-actif est comme suit: le radar de contrôle au sol poursuit la cible pour guider le missile. L'énergie réfléchie est également reçue par l’antenne avant radar de la fusée. Grâce à cette diffusion secondaire, le système de pilotage de la fusée peut effectuer des corrections à sa trajectoire de manière indépendante.

Le MIM-23 Hawk est un missile anti-aérien de moyenne portée, développé aux États-Unis, qui utilise un tel principe de téléguidage. La mise en œuvre se déroule généralement de la façon suivante.

  1. Les radars de veille balaient l'espace aérien de la batterie;
  2. Une cible est détectée et confirmée hostile;
  3. La position de la cible est transmise au radar de poursuite qui l'illumine d'onde électromagnétique;
  4. L'écho renvoyé par l'objectif est alors capté par le système de guidage du missile;
  5. L'engin décolle et file vers sa cible.

Autre exemples: missiles Patriot FLA en service depuis 1977 et le système russe de défense S 300P (SA-10 Grumble)

Bistatisches Radar

Figure 3 : Radar bistatique VHF

Radars multistatiques

En recevant latéralement, les lobes secondaires d’un radar monostatique, le site secondaire peu se synchroniser avec celui-ci. Si le lobe principal est détecté, l’information sur l’azimut peut être également calculée. Un certain nombre d’antennes peuvent être intégrées dans un tel système et peuvent être utilisés pour inter-corréler la position de la cible, on parle alors de radar «multistatique».

Les pales des hélicoptères ont une vitesse de rotation limite et leur bout peut atteindre une vitesse près de celle du son sans la dépasser. L’analyse multistatique du spectre de vitesse de ces pales par l’effet Doppler-Fizeau peut donner l’attitude de l’hélicoptère et sa trajectoire.

Une idée qui a fait surface lors de la guerre du Kosovo, au début des années 1990, fut d’émettre un signal radio dans toutes les directions, hors de la portée politique ou technique des opposants, et de recevoir passivement avec des antennes bistatiques sur le théâtre des opérations. Ces dernières auraient permis de contrôler les systèmes de défense anti-aérienne. Des radars VHF comme les P–12 or P–18 étaient particulièrement bien adaptés à ce rôle. En outre, l'effet de camouflage de la cible à très basses fréquences est presque inefficace à cause de la résonance, la longueur d’onde utilisée étant dans la région de diffusion de Mie.

Barrière radar

Émetteur
Récepteur
Zone d'efficacité d'un
radar à diffraction.

Figure 4 : Position d'un radar à diffraction

Émetteur
Récepteur
Zone d'efficacité d'un
radar à diffraction.

Figure 4 : Position d'un radar à diffraction

Un radar bistatique peut fonctionner comme une barrière et détecter les cibles qui passent entre l'émetteur et le récepteur. Ceci est un cas particulier du radar bistatique que l'on nomme «radar à diffraction». En effet, l'énergie transmise est diffractée autour la cible et reçue par l’antenne réceptrice, non rétrodiffusée. La surface équivalente radar n'est alors sensible qu'à la silhouette de l'avion et n'est pas influencée par les revêtements et les formes des avions, même furtifs.

Cependant, la localisation et la poursuite de cibles est très difficiles car les informations déduites des mesures de distance, d'azimut et d'effet Doppler tendent vers zéro quelle que soit la position de la cible dans la barrière. Nous verrons cela dans le module suivant.

Cette configuration a déjà été utilisée dès la Second guerre mondiale. Elle ne peut donner que la détection du passage de la cible. Il faut une série de telles barrières pour calculer la trajectoire de celles-ci, ce qui peut devenir coûteux.

Astronomie

En astronomie, le concept du radar bistatique a été utilisé pour étudier la trajectoire et les caractéristiques de certains objets passant près de la Terre. En particulier, lors du passage d’astéroïdes comme celui de Golevka 6489, le 9 juin 1995. Un puissant faisceau radar est émis par un radar a été émis par une antenne et est reflété vers la Terre où l’antenne principale et des antennes secondaires situées dans d’autres pays, ou même continents, peuvent la recevoir. La différence de point de vue permet une meilleure estimation des dimensions de l’objet, de sa vitesse de déplacement et de sa trajectoire.