Projet de Radar Bi-static pour la détection et la localisation d’aéronef

Lun 04 Oct 2010, 15:26

Document en 2 parties, sur :

http://www.lamaredunet.fr/?page_id=146 et http://www.lamaredunet.fr/?page_id=267

La première partie de ce document reprend les points clés de ce projet, et les parties suivantes en sont des applications pratiques commentées pas leurs auteurs.

Première Partie – Présentation :

Peter.B Davenport, propose la conception d’un système de détection en temps réel d’objet passant dans la banlieue terrestre, à l’aide d’un radar passif de type Bistatic en bande FM. Ce système utilise plusieurs récepteurs Radio synchronisés qui capturent des signaux radio hautes fréquences réfléchies. De part le délai entre les échos, l’utilisation de l’effet Doppler permet de connaître la vitesse, la localisation, accélération et même la taille de l’objet. L’analyse du signal, associé à un filtrage, permet de faire la différence entre des objets connus de type aéronef, satellite, débris d’objet volant non répertorié. Ce système pourrait permettre une détection jusqu’à 26000Km de la surface terrestre.

Le principe de base des radars est la détection d’une onde électromagnétique réfléchie. Cette réflexion peut être sur un objet métallique, tel qu’un avion, ou bien sur la traînée ionisée d’un météore. Certain matériaux ne réfléchissent pas les ondes radio, tel que l’air, le bois, le plastique et la plupart des verres. Le signal réfléchi dépend de la taille, des matériaux dont est constitué l’objet et de la fréquence utilisé pour le détecter.

Il existe deux types de radar, les radars Actifs où la source d’émission (illuminateur) est lié au récepteur, et les radars passifs utilisant une source radio venant d’un émetteur “quelconque”. C’est ce type de radar qui nous intéresse plus particulièrement.

Le principe des radars passifs n’est pas nouveau, et fait partie de l’arsenal militaire, car son absence d’illuminateur, le rend indétectable par les cibles.

Pendant une conférence à Seattle, le Professeur John Sarh, Ph.D, du département d’ingénierie électrique de l’université de Washington a présenté un radar passif fonctionnel, utilisant la réflexion des ondes radio en bande FM issu de station d’émission radio ou de TV commerciale.

Les principaux avantages de ce type de radar sont :

Aucun besoin d’émetteur spécifique, que des récepteurs
Détecte la cible en continu
Ne peut être détecté car pas d’émetteur permettant de le localiser
La détection peut se faire sur de grande étendue, souvent en 100aine voir milliers de Km
Peu coûteux car seulement composé d’un récepteur, une base de temps et d’un logiciel de traitement de signal
Son utilisation n’est pas soumise à déclaration car pas d’émetteur.
Peut être installé n’importe où

JCD

ce système de localisation n'est pas fiable car il ne faut pas confondre aérodyne(appareil volant plus lourd que l'air tel un avion) et aéronef (appareil volant plus lourd que l'air MAIS PROPULSÉES PAR DES DISPOSITIFS TOURNANTES VOILA LE PROBLÈME DE CE DISPOSITIF PEUT CAPTER LA TRAÎNÉE CONTINUE D'UN CORPS (météorite) EN LOCOMOTION ET SI LES OVNI UTILISER UN PULSORÉACTEUR IL N'Y AURAIT pas DE TRAÎNÉE CONTINUE MAIS DISCONTINUE CE QUI RENDRAIT LA DÉTECTION DE L'OBJET PLUS DIFFICILE A DÉTECTER. JE PENSE QUE LES OVNIS UTILISENT LA COMBUSTION DISCONTINUE.LE PROCÉDÉ DU PULSORÉACTEUR C'EST D'OUVRIR DES VOLETS OU Tuyère POUR EMMAGASINER un maximum de catalyseur tel que l'oxygène qui provoque un réaction de locomotion instantanée lorsque ces tuyère ou volets se referment ce qui rend la traînée indétectable ou difficile.

nicora a écrit:ce système de localisation n'est pas fiable car il ne faut pas confondre aérodyne(appareil volant plus lourd que l'air tel un avion) et aéronef (appareil volant plus lourd que l'air MAIS PROPULSÉES PAR DES DISPOSITIFS TOURNANTES VOILA LE PROBLÈME DE CE DISPOSITIF PEUT CAPTER LA TRAÎNÉE CONTINUE D'UN CORPS (météorite) EN LOCOMOTION ET SI LES OVNI UTILISER UN PULSORÉACTEUR IL N'Y AURAIT pas DE TRAÎNÉE CONTINUE MAIS DISCONTINUE CE QUI RENDRAIT LA DÉTECTION DE L'OBJET PLUS DIFFICILE A DÉTECTER. JE PENSE QUE LES OVNIS UTILISENT LA COMBUSTION DISCONTINUE.LE PROCÉDÉ DU PULSORÉACTEUR C'EST D'OUVRIR DES VOLETS OU Tuyère POUR EMMAGASINER un maximum de catalyseur tel que l'oxygène qui provoque un réaction de locomotion instantanée lorsque ces tuyère ou volets se referment ce qui rend la traînée indétectable ou difficile.

Bonjour,
je pense que vous n'avez pas bien lu/compris la méthode de fonctionnement des radars passifs.
Si vous relisez ATTENTIVEMENT, vous comprendrez "Le principe de base des radars est la détection d’une onde électromagnétique réfléchie. Cette réflexion peut être sur un objet métallique, tel qu’un avion, ou bien sur la traînée ionisée d’un météore."

Nous parlons ici de trainée IONISEE et non gazeuse. L'air ionisé se comporte comme un miroir pour les ondes radio.

Pour ce qui est du pulsoreacteur, c'est une techno des années 30 qui équipait les tristement célébres V1.
bruyant, mauvais rendement.... et seulement utilisé de nos jours en modélisme ...

JC

Bonjour

On a en France une fréquence dédié à ce type d'application (143.050) c'est GRAVES ! (Grand Réseau Adapté à la VEille Spatiale). C'est un système de détection de satellites évoluant en orbite terrestre basse développé par l'ONERA sous contrat de la Délégation générale pour l'armement.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Radar_GRAVES

L'exploitation par les amateurs est aujourd'hui facilité par la profusion de logiciels et les conditions peux onéreuses pour mettre en œuvre une station de détection.

http://f6crp.pagesperso-orange.fr/ba/graves.htm

Bonnes expérimentations

Jacky a écrit:Bonjour

On a en France une fréquence dédié à ce type d'application (143.050) c'est GRAVES ! (Grand Réseau Adapté à la VEille Spatiale). C'est un système de détection de satellites évoluant en orbite terrestre basse développé par l'ONERA sous contrat de la Délégation générale pour l'armement.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Radar_GRAVES

L'exploitation par les amateurs est aujourd'hui facilité par la profusion de logiciels et les conditions peux onéreuses pour mettre en œuvre une station de détection.

http://f6crp.pagesperso-orange.fr/ba/graves.htm

Bonnes expérimentations

bonjour Jacky,
Je confirme. Ce système est utilisé actuellement en détection météore par les Radioastronomes amateurs ( qui sont des pros en fait :) ).

Il y a des groupes dédiés à l'utilisation de ces systèmes sur le net.

JC

derejc:il y a un exemple tout simple de pulsoreacteur le moteur a onde de détonation pulsée qui peut atteindre une velocité supérieur a mach 5 je te laisse le découvrir par toi même sur wikipédia et quand à ionisation d'un gaz ex plasma tu peut également le trouver sur wikipedia ou encore mieux regarde la physique des plasma sur wikipedia.

nicora a écrit:derejc:il y a un exemple tout simple de pulsoreacteur le moteur a onde de détonation pulsée qui peut atteindre une velocité supérieur a mach 5 je te laisse le découvrir par toi même sur wikipédia et quand à ionisation d'un gaz ex plasma tu peut également le trouver sur wikipedia ou encore mieux regarde la physique des plasma sur wikipedia.

Oui, tu as surement raison, je n'y connais pas grand chose en aero et encore moins en plasma .....

Vu que tu es récemment inscrit ici, tu ne sais pas qui est qui. Je te conseille donc avant de continuer sur le terrain des plasmas et réacteurs de tout poil de lire ceci :

http://www.lambda-laboratory.fr/
http://www.ufo-science.com/

Mais aussi sur Wikipédia ( puisque tu aimes bien ) la partie "Physique des plasmas et magnétohydrodynamique" de la page http://fr.wikipedia.org/wiki/Jean-Pierre_Petit.

Désolé pour ceux qui sont déjà au courant, je me permet de faire un joli copier/coller :

"En 2008, Jean-Pierre Petit relance ses recherches expérimentales sur la magnétohydrodynamique par l'intermédiaire de la création du laboratoire LAMBDA⁴(Laboratory for Applications of MHD in Bitemperature Discharges to Aerodynamics). Ce laboratoire, dont les recherches sont entièrement auto financées, publie des résultats scientifiques depuis 2008 avec plusieurs publications dans la revue scientifique à comité de lecture Acta Physica Polonica (en) et leurs présentations associées aux colloques internationaux de MHD de Vilnius en 2008 et de Brème en 2009⁵ ⁶ ⁷, Jéju en Corée en 2010⁸, Prague en 2012 ⁹
En 2010, sous la direction de Jean-Pierre Petit, Jean-Christophe Doré monte une expérience sous vide avec les moyens techniques très sommaires du « laboratoire lambda » — dans son garage — et démontre les publications précédentes : le confinement d'une décharge électrique — un mur MHD — est possible par inversion de gradient d’un champ magnétique⁸. Cette manipulation fonctionnant, il semble effectivement possible de construire une soufflerie supersonique à rafale dans son garage et la clé de voûte des recherches sera l'annihilation des ondes de choc et de la turbulence autour d'une maquette immergée dans un courant gazeux supersonique.

En 2012, une autre expérimentation, toujours menée au sein du laboratoire LAMBDA présente une nouvelle solution inédite pour annihiler l’instabilité électrothermique, turbulence du plasma, dont le temps de croissance est comparable au temps d’ionisation, et est fortement marqué d’un caractère non linéaire. Elle détruit complètement l’architecture spirale désirée de la décharge. L’annihilation de cette instabilité est la condition sine qua non au développement des systèmes MHD¹⁰ liés à des appareils évoluant à vitesse hypersonique, à haute altitude ^{11 "

Ps : Mon peudo est mon nom et mes initiales ....

JC}

dorejc a écrit:Document en 2 parties, sur :

http://www.lamaredunet.fr/?page_id=146 et http://www.lamaredunet.fr/?page_id=267
[...]

Bonjour,

Tout ceci est très intéressant, surtout GRAVES : j'en connais qui ont du s'éclater à l'ONERA !

Mais, commençons par le commencement : l'utilisation de la bande FM, qui est a priori alléchante. Mais la lecture des documents m'a, au début, laissé perplexe. En effet, les performances revendiquées ne correspondent pas à ce que l'on peut attendre des dispositifs présentés.

Le document parle en effet de :

- plusieurs récepteurs synchronisés (base de temps)
- utilisation du décalage Doppler
- analyse du signal associé à un filtrage (permettant de faire la différence entre des objets connus de type aéronef, satellite, débris d’objet volant non répertorié)

pour obtenir :

- vitesse
- localisation
- accélération
- taille de l'objet
- détection jusqu'à 26000 km

Si, dans le principe, et dans l'absolu, tout ceci semble envisageable, cela ne correspond pas avec les limitations des réalisations présentées.

Pour commencer, le problème de synchro. des récepteurs annoncé en partie 3 n'est pas présenté.
Mais si on envisage une solution pas trop couteuse, la seule possibilité me semble être l'utilisation d'Internet et du protocole NTP, le tout relié en étoile à un serveur maître.
Dans ces conditions, il est difficile de descendre sous la ms en précision de synchro.
Si bien que si les différences de marche des échos sont seulement traitées au niveau du serveur, on a une imprécision d'au moins 300 km sur chaque écho, et en plus très instable du fait des temps de latence très variables des routeurs traversés. Cela laisserait donc supposer que l'estimation des décalages du signal d'écho par rapport au signal d'origine est faite au niveau de chaque station.

Quant au récepteur, il semble n'effectuer aucun traitement autre qu'une bonne sélection de la fréquence voulue, à part si on utilise sa sortie démodulée derrière le squelch, ce qui permet de valider l'accrochage convenable de la fréquence, mais élimine toute trace de décalage Doppler. Mais ce dernier semble de toute manière ignoré en entrée PC avec du tout ou rien.

Toujours dans l'optique d'utilisation des émetteurs FM, le shift audio va représenter 20 kHz pour 100 MHz, alors qu'un décalage Doppler va tourner autour de 100 Hz par 1000 km/h en détection. Autrement dit, le décalage Doppler va complètement se trouver noyé dans l'audio.

De plus, pour faire une estimation de la taille de l'engin détecté, on ne peut faire l'économie du niveau de l'écho, pour estimer localement la surface équivalente radar, qui sera ensuite corrigée par la distance déduite de la triangularisation au niveau serveur.

Pour récupérer le Doppler à ce niveau, il faut comparer la fenêtre glissante de réception par rapport au signal modulé de référence (avec la modulation FM, pas de signal uniforme !), puis, déterminer le décalage noyé dans la bande audio. C'est faisable à cette fréquence, mais il faut disposer d'une électronique conçue spécialement. Et c'est le genre d'électronique analogique performante qui n'est pas facilement accessible, même à des amateurs éclairés et équipés.

Il serait également possible d'échantillonner le signal brute après filtrage, uniquement durant les réceptions, et le mémoriser pour analyse ultérieure entièrement en numérique, par logiciel, mais naturellement pas en temps réel. Bien sûr, le signal de référence devrait être enregistré en permanence sur un buffer circulaire suffisant pour garantir une fenêtre couvrant la majorité des échos. A ce rythme, et en 16 bits, on frôle le Gb/s, ce qui ne posera pas de problème en terme de capacité brute, mais demandera à la fois un convertisseur A/N très rapide, mais aussi une solide bufferisation haute vitesse en sortie. Même si concevoir un fond de panier avec 16 SSD en sortie est à la porté de nombreux amateurs, la conception d'un échantillonneur à cette vitesse commence à être bien délicate.

De plus, l'analyse des données recueillies localement, doit être centralisée, et le traitement par le serveur, s'il reste probablement possible par une station unique (mais pas en temps réel, bien sûr) si les algorithmes sont fignolés, demandera enfin une synchronisation précise des stations de captage (pour une précision de 1 km, on devra tourner autour de 3 µs, ce n'est pas gagné).

Tout cela mis bout à bout semble rendre l’obtention des propriétés annoncées très difficiles, ou en tout cas avec un travail considérable, même pour un groupe d'amateurs éclairés.

Et il me semble bien moins difficile d'utiliser le signal GRAVES, ce qui évite tous les problèmes liés à la fenêtre glissante d'échantillonnage, et qui rend accessibles toutes les propriétés indiquées ci-dessus.
Par contre, il introduit deux autres difficultés, du fait qu'il n'est pas continu, et qu'il n'est pas disponible en tant que signal de référence. Si bien qu'il faut virtualiser localement le signal de référence, peut-être à partir d'une base d’échantillonnages d'échos. Reste à savoir quels sont les marqueurs disponibles dans le signal, et s'ils sont explicites, et réguliers.
Mais, pour exploiter ce système, on ne parle plus d'un récepteur type autoradio avec PC derrière en tout ou rien. Il faut que le récepteur évalue le niveau du signal de manière fiable, gère le Doppler convenablement. Ceci bien sûr derrière un filtrage performant.

Cela ne semble plus aussi accessible que ce qui était présenté dans le document initial, bien que cela reste, sous réserve de plus amples détails, du domaine du possible. Avec beaucoup de temps et de labeur !

Salut,

comme tu le soulignes :

"Pour commencer, le problème de synchro. des récepteurs annoncé en partie 3 n'est pas présenté.
Mais si on envisage une solution pas trop couteuse, la seule possibilité me semble être l'utilisation d'Internet et du protocole NTP, le tout relié en étoile à un serveur maître.
Dans ces conditions, il est difficile de descendre sous la ms en précision de synchro."

Hélas, la personne à l'origine de ce système est décédé l'an dernier.
Du coup, la 3me partie "Les bases du système sont ainsi posées, mais l’auteur de ce projet a oublié une option, qui associée à ces solutions, permet de résoudre le problème de la base de temps et de synchro. Cette option sera explicitée en fin de document" n'est pas terminée.

et comme tu le précises :

"...bien que cela reste, sous réserve de plus amples détails, du domaine du possible. Avec beaucoup de temps et de labeur !"

Et nous avons bien d'autres chantier en cours , libre à ceux qui en ont envie de se lancer dans ce type de recherche.

JC

dorejc a écrit:Pour ce qui est du pulsoreacteur, c'est une techno des années 30 qui équipait les tristement célébres V1.
bruyant, mauvais rendement.... et seulement utilisé de nos jours en modélisme ...

Exactement. En voici quelques modèles d'un club allemand :