Grundlagen der Radartechnik

Procédé adaptatif espace-temps

Les radars aéroportés modernes doivent détecter des cibles en présence d’échos parasites et de brouillage électronique. Les échos de sol se retrouvent à tout angle et distance, en plus d’avoir un décalage Doppler à cause du déplacement du porteur du radar.

Le procédé d’adaptatif espace-temps (en anglais Space-Time Adaptive Processing ou STAP) est un traitement informatique des échos d’une antenne réseau à commande de phase sur plusieurs impulsions cohérentes. Ce procédé permet la détection d’une cible se déplaçant à basse vitesse se cachant dans le fouillis radar ou le brouillage électronique. Il utilise une approche qui analyse autant les variations spatiales que temporelles des échos.

Jusqu’à récemment, les procédés pour faire ce filtrage utilisaient des algorithmes basés sur le premier ordre statistique des caractéristiques des échos. Le procédé d’adaptatif espace-temps utilise le second ordre de ces statistiques. En effet, la détection d’une cible dans une cellule de résolution n’est pas confinée à l’analyse des données dans une rangée de successive de ces cellules mais utilise également les cellules adjacentes latéralement.

L’application de ce procédé demande un échantillonnage des échos radar de chacun des éléments d’une antenne réseau à commande de phase sur plusieurs périodes de répétition des impulsions. Le résultat de ce procédé est une combinaison linéaire et une somme pondérée des échos de l’échantillon.

Définition des termes

• Le terme « Adaptatif » est en rapport avec le fait que la pondération des termes dans la somme des échos de l’échantillon varie selon l’environnement où se retrouve le radar et donc du mélange à cet endroit entre le bruit, les échos parasites et le brouillage ;
• Le terme d’« Espace » indique que la pondération appliquée aux signaux de chaque élément de l’antenne à un instant donné est définie par le diagramme d’émission de celle-ci. Si du brouillage est présent, le procédé va adapter le diagramme d’émission en plaçant des valeurs nulles dans les directions des signaux de brouillage et en rejetant donc la puissance de ceux-ci ;
• Le terme de « temps » indique que la pondération s’applique aussi sur la variation temporelle des échos et sur la fréquence de réponse. Le spectre de vitesses du fouillis radar vu par un radar au sol a typiquement une valeur nulle et peut être facilement filtré par le procédé par paires d’impulsions. Par contre, le spectre pour un radar aéroporté est plus compliqué à cause du mouvement du porteur et du diagramme d’émission de l’antenne ;
• Le procédé adaptatif espace-temps ajuste la réponse en fréquence au spectre du fouillis rencontré pour que le radar ne tienne compte à la réception que de la puissance dans des signaux réels.

La pondération espace-temps utilisée par le procédé est calculée à partir d’une matrice de covariance du fouillis et du bruit de données acquises aux distances successives sondées. Un estimé précis de ces matrices ne peut être obtenu que si la structure du spectre du fouillis demeure inchangée à l’intérieur de la portée utilisée.