chapitre iv ser et furtivité. notion de ser (rcs) 1. définition 2. paramètres influents 3....
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Chapitre IVSER et furtivité
Notion de SER (RCS)
1. Définition
2. Paramètres influents
3. Modélisation
4. Ordres de grandeur
5. Introduction à la furtivité
6. Parades à la furtivité
Préambule
• Caractéristique essentielle d’une cible
• Fonction de nombreux paramètres
• Élément de l’équation radar qui conditionne donc ses performances
Rappels
Emetteur
Récepteur
Echo renvoyé
Diffraction
Cible
Courant induitAbsorption
Réflexion
Catégorie de cibles
• cibles ponctuelles dont les dimensions n'excèdent pas celles de la cellule de résolution,
• cibles diffuses dont les dimensions excèdent celles de la cellule de résolution.
• Point brillant : source apparente de
réflexion.
Cibles complexes
• Chaque réflecteur élémentaire peut être ramené en son centre de phase (point brillant) affecté d'un diagramme de rayonnement.
• Signal reçu = somme des signaux élémentaires
1. Définition
• Rapport entre la puissance re-rayonnée dans la direction du radar/ densité surfacique de puissance de l’onde incidente sur la cible
)/(
)()(
2
____
2
mJdSdP
JPm
cibleladeniveauau
réémise
1. SER
2. Paramètres influents
• Dépendance de la SER vis à vis de :– la surface S de la cible ( croît avec S),– l'orientation de cette cible par rapport au radar,– la fréquence du signal émis,– La nature des matériaux employés,– La géométrie (effet de forme).
2. SER :fonction de l’aspect et de l’angle d’observation
2. Paramètres influents (suite)
• La nature des matériaux utilisés:métaux: courants induits = sources de
réémission,
isolants: matériaux partiellement transparents et réfléchissants,
absorbants: isolants à fortes pertes qui dissipent une part importante de l'énergie incidente.
2. Paramètres influents (suite)
• La géométrie:dimension cible < : SER faible. Dépend du
volume V de la cible (loi de Rayleigh), pas de sa forme:
cible point brillant unique.
2. Paramètres influents (suite)
dimension cible . Il n'existe pas de loi simple pour la prévoir. Phénomènes de résonance
dimension >, la SER dépend beaucoup de la forme (une forme arrondie réfléchit plus d'énergie vers le radar qu'une forme anguleuse qui aura tendance à diffracter l'énergie dans toutes les directions).
• Polarisation – Une cible:
• a une S.E.R. qui dépend de la polarisation de l'onde émise par le radar,
• rétro diffuse de l'énergie suivant les 2 axes de polarisation
HHHV
VHVV
•2. Paramètres influents (suite)
2. Paramètres influents (suite)
ij est la SER de la cible recevant l'énergie suivant la polarisation i et en renvoyant une fraction suivant la polarisation j.
VV: polarisation émise et reçue verticale
HH: polarisation émise et reçue horizontale
VH: polarisation émise verticale et reçue horizontale
HV: polarisation émise horizontale et reçue verticale
2. Paramètres influents (suite)
• Polarisation rectiligne : énergie rétro diffusée en contra polarisation de 7 à 12 dB plus faible.
• Polarisation circulaire sur une cible isotrope (goutte) : prépondérance de la polarisation inverse séparation des échos d'une cible et des échos de pluie.
3. Modélisation • Une cible réelle= grand nombre de
réflecteurs dont les diagrammes de rayonnement se combinent. – Nécessité d'études statistiques (valeur moyenne,
écart type, loi de distribution, autocorrélation)– Nécessité d’approximation dans l’étude de
l’interaction onde-cible,
• Généralement dimensions des cibles grandes/ ( « petit ») approximation haute fréquence.
3.1 Approximations hautes fréquences
• optique géométrique : propagation de l'onde sous forme de rayons. Approximation imparfaite.
• optique physique (équation intégrale rigoureuse reliant les champs incident et réfracté) : tient compte des courants de surface. Limitation : ne prend pas en compte la diffraction par des arêtes.
• théorie géométrique de la diffraction (TGD) :
modifications locales (permettant de modéliser les arêtes) de la théorie des rayons.
3.2 Importance relative des phénomènes
• réflexion spéculaire : SER élevés (bien prédite par l'optique géométrique ou l'optique physique),
• diffraction par les arêtes, coins, ..., (TGD), niveaux <réflexion spéculaire,
3.2 Importance relative des phénomènes (suite)
• la diffraction par des éléments de dimension faible par rapport (zone de Rayleigh), très souvent négligeable.
+ réflexions par des cavités (entrée d'air des avions) ou par des antennes : calcul délicat, niveau souvent élevé.
3.3 Fluctuations
• Cibles de dimensions >> SER varie rapidement
• Nombre de points brillants très élevé , coefficient de rétro diffusion = processus aléatoire évoluant au cours du temps (la théorie des grands nombres)
3.3.1 Loi de Rayleigh
• Modèle applicable aux cibles dont tous les centres diffuseurs (points brillants) sont d'intensités comparables. Ceux-ci rayonnent alors suivant une amplitude gaussienne et une phase équiprobable.
3.3.2 Loi en "chi-carré"
• Modèle applicable à une cible comportant un point brillant prédominant
3.3.3 Temps de corrélation
c, temps à partir duquel deux échantillons
consécutifs de SER sont décorrélés.
Si c est grand, cela signifie que la cible fluctue lentement. Inversement, si c est faible, la cible varie rapidement.
3.3.3 Temps de corrélation (suite)
• Deux cas possibles :
– Si c >> temps d’illumination, cible lentement
fluctuante. aléatoire d’un balayage à l’autre (scan to scan) dans le pire cas.
– Si c << TR , est aléatoire d'une impulsion à l'autre (pulse to pulse). La cible est rapidement fluctuante.
3.3.3 Temps de corrélation (suite)
• En fonction de la vitesse de fluctuation (classification) le S/N nécessaire à la détection, à Pfa et Pd données, évolue.
• Ex :Pd=0.9, Pfa=10-6
– non-fluctuant (S/N)nécessaire =13 dB
– Swerling 5 (S/N)nécessaire =15 dB
– Swerling 3 (S/N)nécessaire =17.5 dB
– Swerling 1 (S/N)nécessaire =23 dB
Augmentation de la fluctuation
SER de référence en bande X
• Sphere de 60cm de diamètre : 0,28m²• Plaque de 60cm de diamètre :1100m²• Plaque plane rectangulaire (60cmx60cm):
1800m²
SER en bande X
• Pigeon (30cm²) : 0,003m²• Piéton : 0,3 à 1m² • Voiture : 10m²• Camion : 100m²• Avion de transport: face avant et arrière 10 à
100m², travers 1000m²• Bateau : 10 à 100 000m²
Avions d'arme en bande X, secteur frontal
• Mig 21 : (années 60) 4m²• Mig 29 : (années 80) 3m²• B1B : (années 80) 0,75m²B• B2 : (années 90) 0,1m²• F117A : (années 80) 0,025m²• F22 : (années 90) 0,1m²
4. SER : domaine furtif
Subjectivité de la SER
• SER de l’abeille
2020.06 cm2Abeille
3 cm10 cm70 cmSER
5. Furtivité (B2, =0.1 m2 en frontal)
5. Furtivité (suite) (F117, =0.025 m2 en frontal)
5. Furtivité (suite) (F22, <0.1 m2 en frontal)
5. Furtivité (suite)
• Furtivité :
• Optimisation des formes
• Matériaux absorbants
• Procédés actifs de modulation
6. Parades contre la furtivité• Basses fréquences :
• rappel, si dimension phénomènes de résonance
• réduction des fluctuations de SER (durée d’intégration cohérente élevée)
• réduction de l’efficience de l’optimisation des formes
• Absorbants adaptés difficilement utilisables F-117 détecté par le radar de recherche d’un vieux
destroyer britannique en patrouille dans le golfe persique.
6. SER : fonction de
6. Parades contre la furtivité (suite)
• Polarisation
• Radars bistatiques (multistatiques)
– Emetteur et récepteur (qui devient passif) délocalisés
– Effet de forme moins efficace (où renvoyer l’énergie ?)
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