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Article

1 - BRUIT EN RÉCEPTION RADAR

2 - SIGNAL RADAR

3 - FILTRAGE OPTIMAL DU SIGNAL RADAR

4 - ÉQUATION DE PROPAGATION D'UN RADAR

5 - ÉQUATION DU RADAR

  • 5.1 - Exposé du problème de la détection
  • 5.2 - Détection d'une cible silencieuse
  • 5.3 - Détection d'une cible brouilleuse
  • 5.4 - Détection d'une cible dans un milieu brouilleur

6 - ASPECT PROBABILISTE DE LA RÉCEPTION RADAR

7 - EFFETS DUS À LA PROPAGATION DES ONDES RADAR

8 - RADARS DE POURSUITE

Article de référence | Réf : TE6655 v1

Filtrage optimal du signal radar
Radars : principes de base - Paramètres de détection

Auteur(s) : Jacques DARRICAU

Relu et validé le 01 déc. 2022

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RÉSUMÉ

La « détection radar » est la capacité du radar à déceler la présence d'échos de cible dans un milieu perturbé par la présence de bruits, et à localiser ces cibles. Les notions de bases nécessaires à la quantification du bruit et du signal utile sont abordées. Elles constituent les bases théoriques strictement nécessaires et sont appliquées ici à l'étude du filtrage optimal d'un récepteur radar et à "l'équation du radar" en espace libre et en milieu brouilleur. Les radars de poursuite, avec un fonctionnement spécifique, permettent une localisation très précise des cibles radar grâce à des procédés particuliers de mesure de la distance et des angles.

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ABSTRACT

Radars: basic principles - Detection parameters

"Radar detection" is the capacity of the radar to detect the presence of target echoes, in an environment perturbed by the presence of noise, and localize these targets. The basic notions necessary for the quantification of noise and of the useful signal are presented. They constitute the strictly necessary theoretical basis and are applied in this instance to the study of the optimal filtering of a radar receiver and the "radar equation" in free space and jamming environment. The specific operation of tracking radars allows for an extremely precise localization of radars via specific methods for measuring distance and angles.

Auteur(s)

  • Jacques DARRICAU : Ingénieur général de l'armement - Ingénieur ENICA et ENSAÉ

INTRODUCTION

Cet article concerne l'ensemble des phénomènes mis en jeu par la « détection radar », c'est-à-dire la capacité du radar à déceler la présence d'échos de cible dans un milieu perturbé par la présence de bruits, et à localiser ces cibles.

Il aborde, dans un premier temps, les notions de bases nécessaires à la quantification du bruit et du signal utile.

Pour ce qui concerne le bruit, sont abordées les notions de :

  • gain et bande passante d'un récepteur ;

  • température additionnelle de bruit ;

  • température de bruit et facteur de bruit d'une chaine de réception ;

  • caractéristiques fréquentielles et filtrage.

Pour ce qui concerne le signal utile, sont abordées les notions de :

  • expression mathématique du signal ;

  • expression temporelle des puissances et énergie ;

  • représentation vectorielle et complexe du signal ;

  • notion de signal complexe équivalent ;

  • spectre et filtrage, à partir d'une approche physique de la transformée de Fourier ;

  • examen de spectres typiques de signaux avec et sans porteuse ;

  • calcul spectral des puissances et énergie des signaux.

Ces notions simples constituent les bases théoriques strictement nécessaires à l'étude des performances des récepteurs radar, telle qu'elle sera abordée dans les articles « Détection des mobiles dans le clutter » et « Traitements avancés du signal radar », qui prendront la suite du présent article.

Ici, elles sont directement appliquées à l'étude du filtrage optimal d'un récepteur radar qui aborde successivement :

  • la problématique de la réception radar en présence de bruit ;

  • la recherche d'un filtre résolvant cette problématique et ses performances en terme de rapport signal sur bruit après filtrage.

Cela conduira à l'expression de « l'équation du radar » en étapes successives :

  • établissement de l'équation de propagation du signal entre le radar et l'objet à détecter ;

  • application de la notion de filtrage adapté à la détection en présence de bruit ;

  • équation du radar sur une cible silencieuse et brouilleuse ;

  • équation du radar en milieu brouilleur.

Est ensuite abordé l'aspect probabiliste de la détection radar, ce qui conduira à établir : des relations entre le rapport signal sur bruit à la sortie du récepteur, la probabilité de fausse alarme due au bruit résiduel et la probabilité de détection de la cible. Cela en exposant :

  • un rappel des notions de probabilité nécessaires à cette étude ;

  • l'étude du comportement aléatoire du bruit, conduisant à la fausse alarme ;

  • l'étude de divers comportements du signal et des traitements associés, conduisant à sa détection.

Ces études, centrées sur la présentation des phénomènes physiques, sont illustrées par de nombreux graphiques illustrant les phénomènes eux-mêmes, et les résultats obtenus. Elles sont complétées par un exposé pratique concernant le comportement des ondes dans le milieu naturel.

Enfin, est abordé le domaine particulier des radars de poursuite, qui permettent une localisation très précise des cibles radar grâce à des procédés particuliers :

  • de poursuite distance ;

  • de poursuite angulaire par « scanning » ;

  • de poursuite angulaire par « monopulse » ;

    en examinant dans chaque cas :

    • le principe de base du procédé,

    • le détail de la génération du signal d'erreur, conduisant à chiffrer la précision obtenue.

Des schémas synoptiques des radars de poursuite à « scanning » et « monopulse » illustrent l'organisation générale de ces radars.

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KEYWORDS

radar signal   |   matched filtering   |   detection probability   |   location accuracy   |   detection   |   location   |   electronics   |   electromagnetism

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-te6655


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3. Filtrage optimal du signal radar

3.1 Problématique de la réception radar en présence de bruit

Le signal perçu, et amplifié par un récepteur de radar, est un signal composite formé de la superposition des échos utiles et d'un bruit non négligeable.

Le problème est donc de discerner le signal utile dans le bruit qui l'entoure. Pour cela, il faut rechercher le meilleur traitement, qui peut, en général, se ramener au schéma type de la figure 23 :

  • Le traitement le plus simple consiste à réaliser les trois opérations :

    L'allure du signal composite, (signal utile plus bruit) à l'issue des divers traitements est donnée à la figure 23.

    • Le filtrage, effectué sous porteuse, aura pour but « d'atténuer » au maximum le bruit tout en préservant le signal.

    • La détection, en général quadratique, a pour rôle de mettre le signal sous une forme compatible à la comparaison avec un seuil.

    À la sortie du détecteur, on trouvera donc une tension vidéo fréquence, toujours positive, dont la valeur à chaque instant est proportionnelle à la puissance crête du signal détecté.

    On convient, ensuite, de décider que le signal est un signal utile, c'est-à-dire un écho en provenance d'une cible placée dans le champ d'observation du radar, lorsque le signal filtré et détecté dépasse un certain seuil.

  • La comparaison au seuil se résume à la double condition :

    • présence d'un écho si la puissance crête du signal est supérieure au seuil ;

    • absence d'écho si la puissance crête du signal est inférieure au seuil.

    Le signal détecté est composé :

    • du seul bruit lorsque aucune cible n'a renvoyé d'écho ;

    • du signal utile superposé au bruit dans le cas contraire.

  • La qualité de la détection d'un radar (au sens large du terme), est donc essentiellement...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - DARRICAU (J.), BLANCHARD (Y.) -   Histoire du radar dans le monde puis en France.  -  Revue PEGASE et revue de l'électricité et de l'électronique (2003).

  • (2) - DARRICAU (J.) -   Physique et théorie du radar.  -  Sodipe (1994).

  • (3) - BLANCHARD (Y.) -   Le radar 1904-2004 – Histoire d'un siècle d'innovations techniques et opérationnelles.  -  Ellipses, Thales (2004).

  • (4) - BARTON (D.K.) -   Radar system analysis.  -  Artech House.

  • (5) - CARPENTIER (M.H.) -   Le Radar.  -  Collection que sais-je (1987).

  • (6) - CARPENTIER (M.H.) -   Radars bases modernes.  -  Masson Paris, 5e édition (1984).

  • ...

DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES

ANNEXES

  1. 1 Annuaire

    1 Annuaire

    Le constructeur de radar en France est THALES http://www.thalesgroup.com

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