Les Principes du Radar

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:

• les signaux émis n’interfèrent pas les uns avec les autres,
• les conditions de gestion de la puissance du signal étant plus favorables, on peut n’utiliser qu’un seul émetteur,
• la réalisation des émetteurs et de l’antenne est relativement simple.

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%[1] de la portée maximum du système lorsque les deux émetteurs fonctionnent. 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 2,8 dB de pertes supplémentaires liées aux problèmes de fluctuations des cibles