Modélisation d’un radar UHF pour l’exploration de Mars UMR 5804 L3AB Modélisation d’un radar UHF pour l’exploration de Mars LAHOUDERE Julien le 26 juin 2006 Sous la direction de : Phillipe PAILLOU

Plan de l’étude Contexte La géologie « martienne » Le logiciel XFDTD Résultats Conclusion LAHOUDERE Julien - 26/06/2006 2

Contexte de l’étude Projet AURORA : Mission EXOMARS : Exploration du Système solaire. Missions humaines. Mission EXOMARS : Première mission du projet. Récupération d’échantillons jusqu’à 2 m de profondeur. LAHOUDERE Julien - 26/06/2006 3

Hémisphère sud « rugueux » / Hémisphère nord « lisse » Géologie « martienne » Hémisphère sud « rugueux » / Hémisphère nord « lisse » Modèle à 2 couches : roches volcaniques couvertes de poussière (2 m) LAHOUDERE Julien - 26/06/2006 4

Constante diélectrique : Nature des matériaux : basalte, oxydes métalliques, matériaux météoritiques, glace d’eau… Relation de Lichtenecker Rugosité : Paramètre vertical Fonction d’autocorrélation et paramètre horizontal Densité spectrale de rugosité de surface Inclusions : Distribution Dimensions : 2 à 10 cm LAHOUDERE Julien - 26/06/2006 5

Le logiciel XFDTD S’appuie sur les équations de Maxwell et l’algorithme de Yee (discrétisation). Taille des cellules et pas de temps déterminés selon le critère de stabilité : lmin/10. Onde plane polarisée linéairement : Gaussienne modulée de fréquence 1,5 GHz, Incidence nulle. Capteurs de champ et interfaces graphiques. Modifications : rugosité et inclusions. LAHOUDERE Julien - 26/06/2006 6

Résultats: Modèle simple « Sable » sec : Oxydes de fer, basalte, matériaux météoritiques 50 cm ε = 3,0 - 0,05j Parois absorbantes: permittivité imaginaire forte ε = 14,0 - 1,0j Basalte fracturé : eau interstitielle LAHOUDERE Julien - 26/06/2006 8

Pic « ghost » Première rétrodiffusion Seconde rétrodiffusion Pic lié aux bords Aller retour dans le « sable » Amplitude (dB) Temps (s) LAHOUDERE Julien - 26/06/2006 9

Résultats: Modèle rugueux Rugosité de surface: mm lc=2 cm « Sable » sec ε = 3,0 - 0,05j Rugosité de subsurface : cm lc=10 cm ε = 14,0 - 1,0j Basalte fracturé LAHOUDERE Julien - 26/06/2006 10

Première rétrodiffusion Seconde rétrodiffusion D = 1 dB D > 16 dB Amplitude (dB) Temps (s) LAHOUDERE Julien - 26/06/2006 11

Résultat: Modèle complet Rugosité de surface Inclusions : basalte ε = 4,19 - 0,18j 5% en volume « Sable » sec ε = 3,0 - 0,05j Rugosité de subsurface ε = 14,0 - 1,0j Basalte fracturé LAHOUDERE Julien - 26/06/2006 12

Première rétrodiffusion Rugosité de surface Première rétrodiffusion D > 30 dB Seconde rétrodiffusion Perte de signal de quelques décibels Rugosité de subsurface Inclusions D > 5 dB Amplitude (dB) Temps (s) LAHOUDERE Julien - 26/06/2006 13

Premiers résultats Seconde rétrodiffusion Première rétrodiffusion Amplitude (dB) Temps (s) LAHOUDERE Julien - 26/06/2006 16

Conclusion Rugosité : Description à améliorer. Caractéristique essentielle à 1,5 GHz. Inclusions : Diffusion de volume = écrantage de la couche de sub-surface (dépolarisation). Antennes: Prise en compte des paramètres système. LAHOUDERE Julien - 26/06/2006 17

Type de signal récupéré après simulation Signal en échelle dB après transformation

Éléments de théorie Profondeur de pénétration Deuxième Formule de Lichtenecker Equations de Maxwell Algorithme de Yee Additivité du champ électrique Passage en échelle logarithmique

Principe radar Utilisable de jour comme de nuit et quelles que soient les conditions atmosphériques. Sensible aux diffracteurs naturels et aux contrastes diélectriques, d’où rétrodiffusions. Avantage en contexte aride, profondeur de pénétration, détection d’humidité.

Effets de la poussière Pic de première rétrodiffusion Amplitude (dB) Pic de première rétrodiffusion Pic de seconde rétrodiffusion Δ = -1,43 dB Temps (s)