EXPOSÉ THEME LE RADAR

PRESENTÉ PAR LES ETUDIANTS KOFFI ANGE CAROLLE DANHIN KOUASSI THOMAS

Sommaire INTRODUCTION…………………………………………………………………………………….……..………...1 PREMIERE PARTIE : LE SYSTEME RADAR………………………………………………………………………….….2 I-HISTORIQUE…………………………………………………………………………. …………………….2 II- PRINCIPE DE BASE………………………………………………………………………...……….....……...2 III-DESCRIPTION GENERALE DU SYSTEME RADAR………………………………………………………….......2 IV-CLASSIFICATIONS DES RADAR ………………………………………………………………..………..…....3 1-la classification selon la technologie…………………………………………………………….……….3 a- les radars primaires ou imageur……………………………………………...…………….……….3 b- les radars secondaires ou non imageur……………………………………………….…………….4 2-la classification selon l’usage…………………………………………………………………………….4 a-Applications militaires………………………………………………………………………….…...4 b-Radar météorologique………………………………………………………………………..….….4 c-Navigation……………………………………………………………………………………..…….5 d-Contrôle aérien…………………………………………………………………………..………….5 e-Radar policier………………………………………………………………………...……….……..6 f-Applications spatiales……………………………………………………………………..….……..6 V-FONCTIONNEMENT DU RADAR…………………………………………………………………..……….6 1-les modes d’émission de signaux…………………………………………………………….…….............6 2-le mode de fonctionnement…………………………………………………………………………….....6 3-les bandes de fréquences………………………………………………………………………………..7 DEUXIEME PARTIE :LE DEPLOIEMENT DE LA TECHNOLOGIE RADAR……………………………………………….8 A-LE RADAR AERIEN………………………………………………………………………………………………..8 B-LE RADAR EN SOUTERRAIN…………………………………………………………..………………………….8 C-LE RADAR AU SOL……………………………………………………………………………………..………....9 CONCLUSION……………………………………………………………..………..……………………………..10 WEBOGRAPHIE………………………………………………………………………………...………………….11

INTRODUCTION   Le RADAR (Radio Detection And Ranging) est l’une des merveilles du vingtième siècle. C’est un dispositif opérationnel d'émission et de réception d'ondes électromagnétiques .Les premières utilisations opérationnelles du radar eurent lieu pendant la seconde guerre mondiale afin de détecter depuis la côte l'approche de formations aériennes, et de navires. Les radars ont aujourd'hui une très grande variété d'applications dans de nombreux domaines telles que: militaire, maritime, météorologique, circulation et sécurité routière et aérienne, scientifique, l’exploration spatiale etc. La présente étude nous mènera à analyser d’une part le radar au sol , en aérien et en souterrain et d’autre part distinguer son utilité pour chaque domaine d’ application.

PREMIERE PARTIE LE SYSTEME RADAR

I-HISTORIQUE   Tout a commencé en 1886, quand le physicien allemand Heinrich Rudolf Hertz a montré que les ondes Radio pouvaient être réfléchies par les corps métalliques et diélectrique. En 1904, l'allemand Christian Hülsmeyer constate l’utilité des ondes radio-continues pour détecter les obstacles à la suite de réflexions constatées sur des navires. L'évolution de ce domaine a permis en 1935, au cours de la deuxième guerre mondiale, à Robert Watson de réaliser un détecteur radio. Les américains l’ont appelé RADAR (RAdio Detection And Ranging) .Ce qui signifie radiorepérage, c’est-à-dire détection de la présence et mesure de la distance d’objets à l’aide d’ondes électromagnétiques. Depuis, le radar n’a cessé de se perfectionner tant sur le plan technologique que par la variété de ses applications.

II-PRINCIPE DE BASE   Lorsque vous criez dans la direction d'un objet qui peut réfléchir le son de votre voix ( dans une grotte par exemple), vous en entendez l'écho :c’est la réflexion des ondes sonores. Ce phénomène naturelle est lié à la vitesse de propagation de la voix dans l’air, à la position de l’objet qui réfléchi le son, à la distance qui sépare l’ individu de l’objet et la puissance du son. La technologie RADAR a un dispositif similaire à ce phénomène naturelle. Les ondes électromagnétiques sont essentiellement à la base de la création de ce système. Le signal est émis en direction de la cible. Une petite partie de l'énergie transmise est réfléchie par la cible dans la direction du radar. Cette énergie renvoyée par la cible jusqu'au radar est appelée ECHO, exactement comme lorsque l'on considère les ondes sonores. Un radar utilise l'ECHO afin de déterminer la direction et la distance de l'objet qui a réfléchi son signal. Ce système permet donc de détecter la présence d'objets (cibles) qui ne peuvent êtres visibles en estimant leurs positions d’après le temps de retour du signal émis après sa réflexion par un objet.

Un radar est formé de différentes composantes: III- DESCRIPTION GENERALE DU SYSTEME RADAR Un radar est formé de différentes composantes: EMISSION RECEPTION SYNCHRONISATION

ELEMENTS L'émetteur Le guide d'onde Le duplexeur L'antenne FONCTIONS L'émetteur Il produit l'onde radio grâce à un modulateur qui fractionne le signal radio en pulsations. Un radar émet de 500 à 3000 pulsations par seconde. Chaque pulsation a une durée de 0,1 à 0,5 microsecondes. La longueur de la pulsation détermine la portée minimale. Le guide d'onde Il amène l'onde vers l'antenne. Le duplexeur   Il dirige l'onde vers l'antenne lors de l'émission puis le signal de retour depuis l'antenne vers le récepteur lors de la réception. L'antenne Son rôle est de diffuser l'onde électromagnétique vers la cible avec le minimum de perte. L'antenne radar est conçue de façon à concentrer l'énergie des pulsations émises en un faisceau horizontal étroit. ). L'antenne est sollicitée tant en émission qu'en réception. Ces deux fonctions peuvent être cependant séparées entre deux antennes dans le cas de radars multistatiques. Le récepteur Il reçoit le signal ,le fait émerger des bruits radios parasites, l'amplifie, le traite(démodule).Le résultat est dirigé vers l'écran. L'indicateur (écran) Il doit en permanence mettre à la disposition de l'utilisateur une représentation graphique facilement interprétable de la position relative des cibles détectées par le radar.

IV-CLASSIFICATION DES RADAR En fonction des informations qu'ils doivent fournir, les équipements radars utilisent des qualités et des technologies différentes.   1- La classification selon la technologie a-Les radar primaires ou imageurs Un radar primaire émet des signaux hyperfréquences(gigabits) qui sont réfléchis par la cible. Les échos ainsi crées sont reçus et étudiés pour fournir des informations (position, direction…) sur la cible. Par la réflexion de milliers d'échos, et les milliers de points qui en résultent sur l'écran, il se forme une image des environs semblable à un plan de situation. Ces radar sont utilisés pour cartographier la Terre, les autres planètes, et les objets célestes(astéroïdes).

b-Les radars secondaires ou non imageurs   Utilisés en navigation aérienne, ils n’ exploitent pas le signal réfléchi par la cible mais interroge un aéronef qui fourni les informations nécessaire sur la cible. Un transpondeur (transmetteur répondeur) répond à l'interrogation du radar en générant un signal codé. Cette réponse peut contenir beaucoup plus d'informations que celles qu'un radar primaire peut collecter.

2-la classification selon l’ usage a-Applications militaires L'armée utilise encore beaucoup le radar pour détecter les avions, les missiles, les obus, les navires et les satellites. De plus, le radar sert à guider les armes modernes (smart weapons) et à distinguer les cibles.

b-Radar météorologique Le radar atmosphérique est utilisé principalement dans deux champs d'application en météorologie : La mesure dans l'atmosphère de diverses quantités physiques utiles pour alimenter les modèles de prévision météorologique (vitesse de l'air, indice de réfraction). La prévision détaillée à court terme de phénomènes météorologiques locaux (visibilité, vent, pluie, grêle, tornade, foudre, etc.) et leur évolution sur une dizaine de détection de minutes ou sur quelques heures. Il est à noter que la portée du radar est de 240 kilomètres.

c-Navigation Un radar à bord d'un avion est utile pour connaître son altitude, sa vitesse et sa position par rapport au sol. Il peut également détecter les zones climatiques dangereuses. Sur un bateau, le radar contribue à éviter les collisions avec d'autres navires dans des conditions de visibilité réduite.

d-Contrôle aérien Tout aéroport possède un réseau radar à proximité afin d'aider au contrôle du trafic aérien. Ce réseau peut être utilisé pour détecter les avions autour de l'aéroport ou pour connaître les variations climatiques influençant le vol des avions.

e-Radar policier Les radars de la police émettent une onde et mesurent sa réflexion (écho radar). La vitesse de la cible (la voiture) crée un effet Doppler sur l'onde réfléchie. Plus la voiture va vite, plus la variation de la fréquence de l'onde est grande. Cette fréquence sera plus élevée par rapport à celle de l'onde émise si la voiture se rapproche et vice versa. Si le radar est utilisé dans une voiture en mouvement, la vitesse de la cible est comparée à la vitesse du sol (vitesse de la voiture de police). f-Applications spatiales Plusieurs satellites utilisent le radar pour l'étude de la Terre. On étudie ainsi principalement la météorologie et l'océanographie. Par exemple, on peut suivre par radar les mouvements des icebergs et transmettre ces informations aux navires.

V-FONCTIONNEMENT DU RADAR 1-Les modes d’émission de signaux Les deux modes d’ émissions utilisés sont : -l’ émission pulsée : Chaque impulsion est suivie d'un temps de silence plus long que l'impulsion elle-même, temps durant lequel les échos de cette impulsion peuvent être reçus avant qu'une nouvelle impulsion ne soit émise. Cela permet de déterminer la direction, la distance la hauteur ou altitude de la cible à partir des mesures de la position de l'antenne et du temps de propagation de l'impulsion émise. -L’émission continue : Le signal hyperfréquence est émis de façon continu. la réception n'étant jamais interrompue, les mesures s'effectuent en permanence. Cela rend possible le contrôle de vitesse des véhicules. 2- Le mode de fonctionnement La partie émettrice du radar crée, émet, une onde électromagnétique(OEM )vers une direction précise . L'OEM file à travers l'air à la vitesse de la lumière (environ 300.000 km/s). Si elle ne rencontre aucun obstacle sur son passage, elle continue, elle peut alors quitter l'atmosphère et s'évader dans l'espace. Si elle rencontre un obstacle, une partie de l'OEM continue en étant éventuellement modifiée. Cette partie de l'OEM initiale est l'OEM réfractée, et l'autre partie est réfléchie. l'OEM réfractée ne retourne pas vers l'appareil radar, mais l'OEM réfléchie revient vers l'appareil radar. L'appareil radar détecte ce retour et en déduit la présence d'un obstacle, c'est la fonction Detection du RADAR.

Comme l'appareil radar a été construit de façon à savoir quand il a envoyé l'OEM et quand il a détecté le retour de l'OEM réfléchie, il connaît la durée séparant ces deux moments ; il peut alors calculer la distance entre lui et l'obstacle détecté en se basant sur la vitesse connue de l'OEM (300.000 km/s environ), c'est la fonction Ranging (télémétrie) du RADAR.

3-Les bandes de frequence PLAGES DE FREQUENCES RADAR Nom de bande Plage de fréquences Longueurs d’onde Commentaires HF 3-30 MHz 10-100 m Pour high frequency (haute fréquence). Utilisée par les radars côtiers et les radars « au-delà de l’horizon ». P < 300 MHz 1 m+ Pour précédent : appliquée a posteriori aux radars primitifs VHF 50-330 MHz 0,9-6 m Pour very high frequency (très haute fréquence). Utilisée par les radars à très longue portée et par ceux à pénétration de sol. UHF 300-1 000 MHz 0,3-1 m Pour ultra high frequency (ultra haute fréquence). Radars à très longue portée (ex. détection de missiles balistiques), pénétration de sol et de feuillage.

L 1-2 GHz 15-30 cm Pour long. Utilisée pour le contrôle aérien de longue portée et la surveillance aérienne, le GPS (et donc les radars passifs se basant dessus). S 2-4 GHz 7,5-15 cm Pour short (court). Utilisée par les radars de trafic aérien local, les radars météorologiques et navals. C 4-8 GHz 3,75-7,5 cm Compromis entre les bandes S et X pour les transpondeurs satellitaires et les radars météorologiques. X 8-12 GHz 2,5-3,75 cm Pour les radars météorologiques, le contrôle de vitesse routière, les autodirecteurs de missiles, les radars de navigation, les radars à résolution moyenne de cartographie et la surveillance au sol des aéroports.

LE DEPLOIEMENT DE LA TECHNOLOGIE RADAR DEUXIEME PARTIE LE DEPLOIEMENT DE LA TECHNOLOGIE RADAR

A-LE RADAR AERIEN   Si une partie de la circulation aérienne est gérée visuellement, de nombreuses technologies sont utilisées dans les systèmes de contrôle de ce trafic. Les radar aérien sont des radar de télédétection. Ils permettent au pilote d’atterrir même avec une visibilité nulle. Les échanges de données entre le radar et l’avion se font de manière verbale avec le pilote ou par signal pulsé pour un pilote automatique. Ces radars sont utilisés par les contrôleurs aériens pour l’identification des avions, l’assignation de leur séquence d’approche et pour la supervision de leur atterrissage.

B-LE RADAR EN SOUTERAIN   Le radar géologique est un outil d'auscultation du sous-sol. L'onde radar est émise et réceptionnée par une antenne de mesure déplacée sur le sol ou sur la structure à ausculter. Les réflexions sur les interfaces, les réseaux et les objets présents dans le terrain auscultée forment une image qui est visualisée sur l'écran de contrôle, au fur et à mesure du déplacement de l'antenne. Les utilisations les plus fréquentes du radar concernent la détection d'objets, de structures ou de défauts enfouis dans le sol, le béton ou la maçonnerie: − Cartographie des réseaux souterrains de concessionnaires (eau, gaz, électricité, communication, assainissement, fluides divers …); − Recherche de cave, galerie, conduit, vide, carrière souterraine...; − Conduites visitables: auscultation du béton, de la maçonnerie, de l'extrados... ; − Recherche de cuve, fût métallique, munitions... dans le cadre d'étude environnementale; − Recherche d'armature dans le béton; − Auscultation des chaussées et des couches de forme (route, piste d'aviation, ballast ferroviaire...) − Recherche d'anciennes fondations en béton ou maçonnerie, recherche archéologique...

La profondeur de pénétration du radar, qui dépend de la fréquence de l'antenne utilisée, est comprise entre quelques décimètres avec les antennes hautes fréquences (900 à 2600 GHz) jusqu'à quelques mètres avec les antennes basses fréquences (100 à 600 MHz). Certains matériaux, comme l'argile, les sols humides ou l'acier, ont une forte capacité d'atténuation et limitent encore la profondeur de pénétration des ondes radar. Les Radar à Pénétration de Sol ont de multiples applications dans des études non destructives du sous-sol : Étude du sous sol avant travaux pour localiser des canalisations ; Recherche de mines terrestres, obus non explosés et tunnels dans le sous-sol ; Recherche de couches minérales ; Recherche en archéologie. Ce système de détection a par exemple fait ses preuves au pied des pyramides égyptiennes. Une équipe de chercheurs japonais a en effet pu y interpréter sur écran la présence de barques cultuelles inconnues jusqu'alors. Recherche de site soupçonnés de contenir des fosses communes, des lieux de crimes, etc. ; Étude des sous-sol des planètes du système solaire ; Auscultation d'ouvrages de génie civil, de bâtiments en béton ou maçonneries, de monuments historiques. Pour la détection de loisirs et la chasse au trésor (recherche d'objets métalliques), tout comme un détecteur de métaux de loisirs, mais aussi pour la recherche de cavités comme les souterrains.  

C-LE RADAR AU SOL   Le mesurage cinémométrique de tous les appareils radars est fondé sur l’effet Doppler. L’antenne radar émet un faisceau étroit sous un angle donné en direction de la voie de circulation. Lorsqu’un véhicule passe dans le champ du faisceau de l’antenne, une partie de l’onde est réfléchie et captée par l’antenne. Du fait de l’effet Doppler, la réflexion du faisceau entraîne un changement de fréquence proportionnel à la vitesse du véhicule. La différence de fréquence entre l’onde émise et l’onde réfléchie est utilisée pour calculer la vitesse du véhicule. Des systèmes de documentation au moyen d’images, le cas échéant aussi des vidéo caméras permettent d’enregistrer les données de mesure, la date, l’heure et la situation du trafic. Les appareils radars de la nouvelle génération sont capables de mesurer non seulement la vitesse, mais également la distance et l’angle entre l’axe de l’antenne et le mouvement du véhicule. Ces nouveaux radars peuvent surveiller plusieurs véhicules en même temps.

CONCLUSION   Le radar est une veritable technologie profitable a tous les domaines de par les applications qu’il rend possible. Il fournit un positionnement précis et apporte une aide de valeur inestimable lors des opérations de recherche ou de localisation. La détection, la vitesse et la position de la cible peuvent être superposées sur des cartes indiquant des routes ou d'autres points de repère marquants. La plupart des progrès récents dans le domaine des radar résultent des progrès réalisés en informatique et en électronique.

MERCI POUR VOTRE ATTENTION.

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