Chapitre IV SER et furtivité. Notion de SER (RCS) 1. Définition 2. Paramètres influents 3. Modélisation 4. Ordres de grandeur 5. Introduction à la furtivité

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1 Chapitre IV SER et furtivité

2 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

3 Préambule Caractéristique essentielle dune cible Fonction de nombreux paramètres Élément de léquation radar qui conditionne donc ses performances

4 Rappels Emetteur Récepteur Echo renvoyé Diffraction Cible Courant induit Absorption Réflexion

5 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.

6 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

7 1. Définition Rapport entre la puissance re-rayonnée dans la direction du radar/ densité surfacique de puissance de londe incidente sur la cible

8 1. SER

9 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).

10 2. SER :fonction de laspect et de langle dobservation

11 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.

12 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.

13 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).

14 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 2. Paramètres influents (suite)

15 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

16 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.

17 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 dapproximation dans létude de linteraction onde-cible, Généralement dimensions des cibles grandes/ ( « petit ») approximation haute fréquence.

18 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.

19 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,

20 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.

21 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)

22 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.

23 3.3.2 Loi en "chi-carré" Modèle applicable à une cible comportant un point brillant prédominant

24 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.

25 3.3.3 Temps de corrélation (suite) Deux cas possibles : –Si c >> temps dillumination, cible lentement fluctuante. aléatoire dun balayage à lautre (scan to scan) dans le pire cas. –Si c << T R, est aléatoire d'une impulsion à l'autre (pulse to pulse). La cible est rapidement fluctuante.

26 3.3.3 Temps de corrélation (suite) En fonction de la vitesse de fluctuation (classification) le S/N nécessaire à la détection, à P fa et P d données, évolue. Ex :P d =0.9, P fa =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

27 SER de référence en bande X Sphere de 60cm de diamètre : 0,28m² Plaque de 60cm de diamètre :1100m² Plaque plane rectangulaire (60cmx60cm): 1800m²

28 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

29 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

30 4. SER : domaine furtif

31 Subjectivité de la SER SER de labeille 2020.06 cm 2 Abeille 3 cm10 cm70 cm SER

32 5. Furtivité (B2, =0.1 m 2 en frontal)

33 5. Furtivité (suite) (F117, =0.025 m 2 en frontal)

34 5. Furtivité (suite) (F22, <0.1 m 2 en frontal)

35 5. Furtivité (suite) Furtivité : Optimisation des formes Matériaux absorbants Procédés actifs de modulation

36 6. Parades contre la furtivité Basses fréquences : rappel, si dimension phénomènes de résonance réduction des fluctuations de SER (durée dintégration cohérente élevée) réduction de lefficience de loptimisation des formes Absorbants adaptés difficilement utilisables F-117 détecté par le radar de recherche dun vieux destroyer britannique en patrouille dans le golfe persique.

37 6. SER : fonction de

38 6. Parades contre la furtivité (suite) Polarisation Radars bistatiques (multistatiques) –Emetteur et récepteur (qui devient passif) délocalisés –Effet de forme moins efficace (où renvoyer lénergie ?)