Les radars (histoire et fonctionnement)

« réseau phasé à balayage électronique n'est pas vraiment nouvelle puisqu'e lle était mise en œuvre dans certains radars pendant la Seconde Guerre mondiale, notamment par le Mammut allemand .

SURFACE ÉQUIVALENT RADAR ET FURTIVITÉ !:obstacle éclairé par le faisceau ne renvoie vers le radar qu'une partie de l'énergie électromagnétique reçue , le reste est émis dans des directions quelconques ou absorbé.

La SER ou « surface équivalent radar »traduit l'énergie moyenne rayonnée par l'obstacle vers le radar .

Bien sûr, pour être discrète, la cible doit présenter une très faible SER.

À titre d'exemples, un chasseur des années 1970 avait une SER de l'ordre 5 m'; celle du Rafale français vaut environ 1 m2 , tandis que l'avion furtif américain F -117 possède une SER de l'ordre de 0 ,01 m2 , voire inférieure.

Autrement dit, cet avion est vu par un radar comme un disque de 5 cm de rayon.

Sachant que les meilleurs radars détectent des SER de 1 m2 à 100 km, on comprend l'intérêt de réduire la SER.

Il existe deux moyens de réduire laSER : absorber l'onde incidente ou la renvoyer dans une direction autre que celle où se trouve le radar.

Cela implique à la fois une géomét rie et une arch itecture bien étudiée, ainsi que l'emploi de matériaux absorbants.

LUTTE CONTRE LA FURTIVITÉ Les premiers radars mettaient en œuvre des ondes métriques.

Progressivement, cette gamme a été abandonnée .

Cependant, on assiste aujourd'hui à un retour de ce genre de radar, appelé néo-métrique.

La raison est la mise au point des techniques de furtivité qui permettent de dissimuler comp lètement ou partiellement un véhicule au radar.

En effet, on s 'est rendu compte que les avions dits «furtifs » sont furtifs pour les fréquences traditionnellement employées par les radars modernes, mais qu'ils deviennent repérables aux basses fréquences.

D'où un retour vers la gamme métrique.

Une autre méthode de lutte contre la furtivité est l'emploi de radars dits bistatiques ou multistatiques qui permettent d'observer une cible sous différents angles.

En effet, actuellement la furtivité est obtenue surtout pour certains angles de visé, ceux sous lesquels un avion est généralement vu par un radar .

iiin\jUI!j Il suffit de mesurer le délai qui sépare l'émission de la réception pour pouvoir déterminer la distance de l'obstacle qui a renvoyé l'onde .

En effet.

comme les ondes électromagnétiques se propagent à 300 000 km/ s dans l'air comme dans le v ide, ce délai correspond à un aller-retour , c'est-à­ dire au double de la distance émetteur­ cible.

En raison de la très grande vitesse de propagation, une infime erreur sur la mesure du délai entraîne une très grande erreur sur l'appréciation de la distance : 0,1 milliseconde correspond à 15 km ! On emplo ie cette technique par exemple dans le domaine de l 'altimétrie (avions , satellites , etc.) ou encore pour mesurer la distance de planètes .

C'est de cette manière par exemp l e que l'on connaît avec grande précision la distance Terre ­ Lune , et que l'on sait qu'elle augmente de 4 centimètres par an environ.

C'est encore le radar qui a permis de mesurer avec précision la distance Terre-Soleil en 1961.

Pour connaître la vitesse de la cible , on utilise l'effet Doppler, du nom du mathématicien et physicien autrichien Christian Doppler (1803-1853) .

Il s 'agit du décalage en fréquence que subit une onde sonore ·ou électromagnétique lorsque la source productrice de l'onde et le récepteur sont en mouvement l'un par rapport à l'autre .

S 'ils se rapprochent, la fréquence reçue est plus élevée que celle produite ; s 'ils s'éloignent , elle est plus faible.

Signalons cependant que le mouvement de la source affecte davantage la fréquence que ne le fait celui de l'obstacle : l'effet Doppler n 'est pas symétrique .

Quoi qu'il en soit, il suffit de comparer la fréquence de l'onde radar à son retour à celle émise pour connaître le décalage et en déduire la vitesse relative de l'obstacle par rapport à l'émetteur.

En particulier, si l'émetteur est immobile, cela donne la vitesse de l'obstacle.

Certains radars routiers mettent cependant en œuvre une autre technique permettant de mesurer la vitesse .

Le radar émet une impulsion très brève, laquelle est renvoyée par une voiture .

Le délai permet de déterminer la distance.

Une autre impulsion est alors émise, ce qui permet de déterminer la nouvelle distance .

On détermine ainsi comment la distance de l'automobi le varie avec le temps, ce qui correspond à sa vitesse.

Bien sûr, plus les impulsions sont rapprochées, et mieux on détermine la vitesse instantanée.

CARTOGRAPHIE ET SAR Tout le monde a déjà vu les très belles cartes établies par satellite .

Tandis que certaines sont de simples photographies , d 'autres mettent en œuvre une imagerie radar .

La technique qui permet cela est désignée sous le nom de SAR, acronyme de Synthe tic Aperture Rada r (radar à ouverture synthétique) : elle s'appuie sur une exploitation tout à fait astucieuse de l'effet Dopp ler.

!:exemp le suivant pris en acoustique permettra d'en comprendre le fondement.

Si une source sonore s 'approche de nous de face (dans notre direction) à la vitesse V, nous observerons un effet Doppler important correspondant à sa vitesse .

Le décalage en fréquence observé sera le même pendant toute la durée de l'approche .

Si en revanche nous sommes au bord d 'une route et nous observons des voitures venant en ligne droite , de loin, s'approcher de nous mais pas dans notre direction (elles ne viennent pas sur nous), alors le décalage en fréquence dû à l'effet Dopp ler ne sera pas constant : il sera d'autant plus faible que la distance de la voiture sera faible.

À la limite , à l'instant où la voiture sera située exactement en face de nous de sorte que la d roite qui nous joint à elle soit perpendiculaire à la route, il n 'y aura pas d 'effet Doppler.

En effet, ce qui compte , c'est la projection de la vitesse sur la direction émetteur-récepteur.

Un raisonnement analogue permet de montrer que le décalage Doppler observé par un radar embarqué en mouvement est fonction de la projection du vecteur vitesse sur l'axe de visée : il n'est pas tout à fait le même pour les obstacles situés en face que pour ceux situés sur les côtés et varie continûment avec la direction de visée .

Par ailleurs, le décalage Doppler reçu d'un point réflecteur au sol varie au cours du temps en fonction de la position de l'avion (ou du satellite) .

C'est l'analyse de l'ensemble de ces informations qui permet de dresser une carte avec grande précision .

QUELQUES APPLICATIONS PAR BANDE DE FRÉQUENCE La gamme des fréquences employées par les radars s'étend de quelques mégahertz à 300 gigahertz, soit des longueurs d'onde allant de 100 mètres à 1 millimètre, sans compter les Lidars .

Ce spectre est divisé conventionnellement en 9 bandes , chacune étant employée par les radars pour des applications spécifiques.

Nous allons passer en revue les principales pour chacune de ces 9 bandes .

LEs HF (3 MH z À 30 MH z) ET LES VHF (30 MHZ À 300 MH z) Les HF et les VHF étaient employées à la naissance du radar dans les années 1930.

Elles ont été rapidement abandonnées , notamment parce qu'à ces fréquences, la largeur du faisceau est assez importante, mais aussi parce qu'il s 'agit d'une gamme de fréquences employées par d 'autres opérateurs (radio, télévision , etc.).

En 1945 , on découvre qu'avec les HF il est possible de repérer les pluies d'étoiles filantes.

Cela conduit à un regain d'intérêt pour les HF.

Malgré les nombreux inconvénients que présentent les HF, elles possèdent une propriété très intéressante : elles sont renvoyées par certaines parties de l'ionosphère (couche ionisée de la haute atmosphère) , situées à 200 km d'altitude .

Grace à cette propriété, il devient possible de « voir» au-delà de l'horizon , jusqu'à 3 000 km de distance .

Les radars HF et VHF sont employés notamment dans la lutte anti-drogue pour repérer de petits avions de transport depuis de très grandes distances , mais aussi en météorologie pour observer les mouvements de masses nuageuses , d 'icebergs , etc.

LEs UHF (300 MH z À 1 GHz) Il s'agit là d 'une gamme de fréquence employée par les « avions radars » AWACS , comme les E2 ou El américains .

En effet.

des puissances élevées pour un encombrement relativement faible peuvent être obtenues avec les UHF.

Ces avions L'effet Doppler radars sont employés pour surveiller de haut le champ de bataille.

BANDE L (1 GHz À l G Hz) On emploie des radars dans la bande L pour le trafk aérien dans les aéroports et pour l'étude des turbulences atmosphériques jusqu'à une distance de 400 km environ .

Les militaires s'intéressent également à cette bande car elle n'est pas sujette au « black-out » causé par une explosion nucléaire, comme le sont les autres bandes .

B ANDE S (2 GHz À 4 GHz) ET C( 4 GHz AB GHz) Pour la surveillance du trafic aérien et la météorologie moyenne portée (100 km) , on utilise la bande S, tandis que la bande C est employée pour le repérage et le suivi de précision, notamment sur les radars à réseau phasé .

BANDE X (8 GHz À 11 GHz ) La bande X est employée par les navires civils et militaires , mais aussi pour suivre de petits objets comme des obus.

Les radars SAR fonctionnent généralement dans la bande X.

BANDE K (11 GHz À 4 0 GHz) On emploie la bande K pour la surveillance courte distance dans les aéroports , car il est difficile d'obtenir de haute s puissances et une longue portée dans cette gamme .

La plupart des radars de la police fonctionnent également dans la bande K.

BANDE MILLIMtTRIQ UES (40 GHz il 300 GHz) La portée des ondes millimétriques ne dépassant pas quelques kilomètres dans l'atmosphère, leur emploi est très limité : p arfois pour la surveillance du trafic aérien à courte portée et dans certains missiles autoguidés dont la tête loge un radar , comme le missile de croisière français Apache .

Ambulance immobile Ambulance en mouvement Les ondes sonores sont parfaitement concentriques.

La fréquence perçue est la même , que l'on se trouve à droite ou à gauche de la source .

Les ondes sonores ne sont plus centrées sur le même point.

Le son perçu a une fréquence plus élevée si la source s'approche et une fréquence plus basse si elle s'éloigne .. »