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Mécanismes de réflexion et de diffusion

Figure 1 : Mécanismes de réflexion et de diffusion à l’exemple d’un Airbus A320

Figure 1 : Mécanismes de réflexion et de diffusion à l’exemple d’un Airbus A320

Mécanismes de réflexion et de diffusion

Le signal d’écho d’un avion se compose de parts générées par différents mécanismes de réflexion et de diffusion. Il existe trois mécanismes physiques de base qui contribuent à la surface équivalente radar (RCS) d’une cible. Il s’agit soit de réflexions spéculaires, soit d’ondes diffusées qui apparaissent au niveau de discontinuités abruptes (par exemple, diffraction au niveau des pics, des bords et des coins), soit d’ondes de surface - la surface agit comme une ligne de transmission qui guide les ondes le long de sa surface. Les principales sources d’énergie réfléchie ou diffractée sur un avion typique sont :[1][2]

  1. Diffraction sur une pointe
  2. Réflexion spéculaire
  3. Signal d’écho des ondes de fuite circulantes
  4. Diffraction sur une arête
  5. Diffraction (diffraction) sur un coin
  6. Signal d’écho dû aux ondes progressives
  7. Réflexions multiples
  8. Réflexions sur des joints de matériaux
  9. Signaux d’écho dus à des réflexions multiples dans des cavités
  10. Réflexions sur les discontinuités de la surface
Front d’onde

Figure 2 : Ces sources de signaux d’écho se superposent avec des phases différentes.

Front d’onde

Figure 2 : Ces sources de signaux d’écho se superposent avec des phases différentes.

Réflexion spéculaire

Une surface réfléchissante est toute surface cible orientée perpendiculairement à la ligne de visée du radar. Les surfaces planes fournissent des échos particulièrement importants dans la direction de la réflexion, mais l’intensité du signal d’écho diminue fortement en dehors de cette direction. Les échos spéculaires des surfaces à simple et double courbure (surfaces cylindriques et sphériques) sont légèrement plus faibles que ceux des surfaces planes, mais ils sont plus cohérents lorsque l’angle d’éclairage du radar change.

Réflexions multiples

Des signaux d’écho relativement forts peuvent se produire lorsque deux surfaces sont orientées de manière similaire à un réflecteur d’angle radar, comme dans l’exemple ⑦ de la figure 1. Des interactions similaires se produisent avec les cibles des navires lorsque les cloisons, les bastingages, les mâts et autres structures sont réfléchis à la surface de l’eau.

Signal d’écho des ondes rampantes circulantes

Une onde rampante est une onde liée à une surface lisse et ombrée, qui contourne l’arrière d’un corps lisse, puis revient au radar lorsqu’elle réapparaît à la limite de l’ombre du côté opposé. Grâce à la diffusion de Mie, l’onde rampante fait varier les signaux d’écho des petites surfaces sphériques en fonction de leur rayon. Le mécanisme de l’onde rampante n’est important pour les cibles militaires et civiles qu’aux très basses fréquences.

Signal d’écho dû aux ondes progressives

Lorsque l’angle d’incidence est proche ou même parallèle à la surface, une onde progressive de surface peut être induite. L’onde de surface a tendance à s’accumuler vers l’arrière du corps et est généralement réfléchie vers l’avant par toute discontinuité (désadaptation). Les échos d’ondes progressives peuvent atteindre une taille proche de celle d’une réflexion spéculaire.

Figure 3 : Diagramme de réflexion complexe d’un Airbus A320 en fonction de l’angle d’aspect.

Figure 3 : Diagramme de réflexion complexe d’un Airbus A320 en fonction de l’angle d’aspect.

Diffraction sur les pointes, les bords et les coins

Les échos dus à la diffraction des pics, des bords et des coins sont beaucoup plus faibles que ceux d’une réflexion spéculaire et ne sont importants pour le concepteur de l’avion que si la plupart des autres sources d’écho ont déjà été supprimées. Les échos des pointes et des coins sont dus à la construction et ont tendance à augmenter avec le carré de la longueur d’onde, et non avec la taille d’une caractéristique de surface. C’est pourquoi ils perdent de plus en plus d’importance à mesure que la fréquence porteuse du transmetteur augmente.

Réflexions dans les cavités et sur les discontinuités de la surface

La plupart des avions ont des fentes ou des espaces étroits entre les gouvernes ou les surfaces de contrôle et la partie fixe de l’avion. Ces fentes et espaces, et même les têtes de rivets à des fréquences plus élevées, peuvent réfléchir l’énergie vers le radar. A l’intérieur des ouvertures, par exemple les entrées des moteurs ou les fenêtres du cockpit, de puissants signaux d’écho peuvent à nouveau être générés par des réflexions multiples. C’est pourquoi les surfaces vitrées du capot du cockpit des avions militaires sont recouvertes d’une fine couche de métal.

 

Tous ces mécanismes ne se produisent pas nécessairement pour chaque cible, mais toutes les sources d’écho qui apparaissent se superposent en raison de différences de distance infimes avec des positions de phase différentes. Dans certaines directions, toutes les sources peuvent s’additionner en phase, créant ainsi une grande surface de réflexion. Dans d’autres directions, certaines sources peuvent en annuler d’autres, ce qui conduit à une surface de réflexion très faible. En s’additionnant, elles forment un diagramme de réflexion complexe dont les valeurs dépendent de l’angle d’aspect. La surface de réflexion effective peut donc varier de plus de 30 dB, ce qui se traduit par une perte de fluctuation.

Sources :

  1. Eugene F. Knott, “Radar observables,” in Tactical Missile Aerodynamics: General Topics, Vol. 141, M. J. Hemsch, ed., Washington, DC: American Institute of Aeronautics and Astronautics, 1992, Chap. 4.
  2. Eugene F. Knott, “Radar Cross Section,” in M. Skolnik: “Radar Handbook”, Third Edition, McGraw-Hill Education, 2008, ISBN 9780071485470, page 14.2f