Les Principes du Radar

Profileur de vents VHF ou MST

Le profileur de vents VHF, aussi appelé « radar mésosphère, stratosphère, troposphère » (MST), est un sondeur qui fonctionne généralement à des fréquences d’environ 50 MHz. Il permet d’observer le profil horizontal et vertical des vents jusqu’à la mésosphère (100 km d’altitude) avec une grande résolution tant spatiale que temporelle. Des radars similaires mais fonctionnant à des fréquences légèrement plus élevées e t moins puissants sont appelés « radars Stratosphère-Troposphère » (ST). Le profileur VHF permet d’étudier les vents à haute résolution, ce qui est essentiel dans l’étude de différents processus dynamiques dans l’atmosphère.

Un tel radar est composé d’une antenne réseau à commande de phase bidimensionnel de haute résolution formée de deux ensembles orthogonaux d’antennes Yagi-Uda (un pour chaque polarisation). Il utilise des émetteurs de haute puissance de l’ordre du mégawatt avec des formes d’onde codées ou non. Les deux polarisations sont traitées simultanément dans des récepteurs à cohérence de phase pour extraire I et Q. Le processeur de signal se compose de deux canaux identiques de convertisseurs analogues-numériques, décodeurs et intégrateurs. Les dimensions d’un MST/ST est de l’ordre de 100 à 30 mètres de côté.

Le mécanisme de rétrodiffusion responsable des échos revenant au profileur dans la troposphère et la basse stratosphère (jusqu’à 30 km d’altitude) provient essentiellement des fluctuations de l’indice de réfraction dues à la densité variable de l’atmosphère turbulente, ce que l’on appelle les « échos d’air clair ».

À plus haut niveau, jusqu’à 100 km d’altitude, ce mécanisme est renforcé par la diffusion thermique, dite diffusion de Thomson ou diffusion incohérente, qui provient de la variation de densité verticale des électrons libres dans l’ionosphère dues aux mouvements thermiques aléatoires d’électrons et d’ions. Dans les deux cas, le signal est réfléchi à la frontière de forts gradients de la même manière qu’une partie d’un faisceau lumineux passant dans des couches multiples de verre sera renvoyé vers la source à chaque frontière.

Le choix de la longueur d’onde du radar doit correspondre au double de la taille des fluctuations de l’indice de réfraction (diffusion de Bragg) et doit être de l’ordre de la taille minimale des turbulences qui augmente avec l’altitude (de quelques centimètres près du sol à plusieurs mètres dans la mésosphère). Elle est en général entre 30 et 60 MHZ (5 - 10 mètres).