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 ?)