Modélisation d'un radar aérien

[MisterFlorian]

Bonjour à tous !
Je suis actuellement en 2ème année de prépa (PSI), et bien évidement j'ai un TIPE à faire ^^
Mon sujet porte sur l'influence des formes sur la détection d'un avion par un radar, je souhaite donc faire une expérience en utilisant l'analogie onde lumineuse/onde sonore et modéliser le radar par une source lumineuse (laser par exemple) et modéliser l'avion par différents objets de différentes formes (par exemple: une sphère, un tétraèdre...). Je mesurerais le "retour" de lumière que j'ai et en fonction de l'intensité sur signal reçu (analogue à l'écho radar de l'avion) je pourrais conclure (après traitement des signaux et autres calculs biensûr).

Mais je me pose plusieurs question auxquelles je n'ai pas encore trouvé de réponse:
_ quel matériaux choisir pour les objets ?
_ quelle source lumineuse utiliser ? et comment mesurer les rayons réfléchis ?

J'ais donc besoin de quelques conseils, autres que ceux que me donne mes professeurs, par rapport aux différentes questions auxquelles je me heurte actuellement.

En attendant vos réponses je vous souhaite une bonne journée, une bonne soirée et une excellente nuit
-----

[Gwinver]

Bonjour.
TIPE intéressant.
La rédaction laisse penser que le radar détecteur d'avion est sonore.
En fait, ces radars utilisent des ondes radio de fréquences élevées. Il existe des radars à fréquence plus basse, mais ce sont des usages plus spécifiques.
On peut effectivement imaginer que comme la dimension d'un avion est grande devant les longueurs d'ondes utilisées, une analogie puisse être effectuée avec des ondes lumineuses sur une maquette.
Toute la difficulté réside dans la simulation du pouvoir réfléchissant et le mode de réflexion qui diffère entre une onde radio sur une surface métallique et un rayon lumineux sur une peinture. Il est possible que du papier d'aluminium (bien tendu, sans plis) puisse se rapprocher car les modes de réflexion sont alors similaires. Mais attention, l'équivalence en termes de coefficient de réflexion sera délicate à établir.

[albanxiii]

Bonjour,

Comme indiqué dans http://forums.futura-sciences.com/tp...-tpe-tipe.html

- Les sujets traités

Seuls les sujets relatifs aux questions administratives, pédagogiques et méthodologiques seront traités dans la section TPE/TIPE. Exemple : comment trouver une problématique ? Comment organiser mon plan de rapport ? Comment se déroule l’évaluation ? Comment préparer mon exposé ? Quoi mettre dans l’introduction ?
Par contre, les questions scientifiques ou techniques devront être posées sur les forums scientifiques ou techniques concernés.
Par exemple, dans le cas d’un TPE sur les Bobines, si la question concerne le fonctionnement d’une bobine ou les différents types de bobines, alors posez cette question sur le forum électronique : vous aurez davantage de réponses, et ça permettra d’éclaircir la section TPE.

votre sujet sera plus à sa place dans la rubrique Physique, où je le déplace.

L'équipe de modération.

[LPFR]

Bonjour.
La réflexion des ondes radar par un avion dépend des dimensions de l’avion et de la longueur d’onde des signaux.
Ce rapport va entre 10 et 1000.

La lumière est trop petite pour une maquette de quelques cm. Et les ondes sonores, sont un peu trop grandes.
Il faudrait des ultrasons (ce qui est mieux aussi pour le oreilles).
Mais il faudrait mettre un fond absorbant pour n’avoir que l’écho de la cible.
Genre couverture épaisse.
Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[MisterFlorian]

D'accord merci de bos réponses, je vais donc me rabattre sur des ultrasons, j’espère que les émetteur du type de ceux que l'on utilise pour modéliser l'effet Doppler au lycée suffirons.
Mais dans ce cas je ne vois toujours pas comment modéliser l'avion: par des objet de différentes formes ? des répliques/ maquettes d'avion ? et dans quel matériaux les prendre ?
auriez vous quelques pistes et conseils à me donner de ce coter là ?
je serais plutôt tenter d'utiliser des objets quelconques de différentes formes genre une sphère, un cube... etc tous de taille similaires.
après je pourrais peut être aussi utiliser des maquette d'avion genre une maquette de f117 et une de super étendard (qui on des formes totalement différentes) par exemple.
Au revoir

[Mathieu17]

Bonjour, je suis également en PSI et je profite de cette discussion sur les radars aérien pour poser deux questions :
1)Je sais que pour baisser la bande passante du récepteur radar (pour diminuer le bruit reçu), il faut émettre des impulsions plus longues, ce qui amène à une erreur en distance de plus en plus grande. Comment peut-on calculer cette erreur?

2)Mes professeurs m'ont conseillé de travailler sur le signal radar et la bande passante. Mon expérience serait de voir à quelle vitesse de l'avion la bande passante est dépassée. Est-ce que c'est bien pour un TIPE? Si oui, comment procéder (j'ai cherché partout une relation entre vitesse et bande passante sans rien trouver)?

Merci beaucoup et je vous souhaite une bonne journée !!!

[Gwinver]

Bonjour.

Voici un tutoriel sur les radars. https://www.radartutorial.eu/01.basics/!rb02.fr.html

[calculair]

une impulsion de durée trés courte ,elle a un spectre trés étendue voir :https://www.youtube.com/watch?v=BeSmqavCFo4

Bonjour, je suis également en PSI et je profite de cette discussion sur les radars aérien pour poser deux questions :
1)Je sais que pour baisser la bande passante du récepteur radar (pour diminuer le bruit reçu), il faut émettre des impulsions plus longues, ce qui amène à une erreur en distance de plus en plus grande. Comment peut-on calculer cette erreur?

2)Mes professeurs m'ont conseillé de travailler sur le signal radar et la bande passante. Mon expérience serait de voir à quelle vitesse de l'avion la bande passante est dépassée. Est-ce que c'est bien pour un TIPE? Si oui, comment procéder (j'ai cherché partout une relation entre vitesse et bande passante sans rien trouver)?

Merci beaucoup et je vous souhaite une bonne journée !!!

[Mathieu17]

Merci Gwinver pour ce très bon lien, mais je l'avais déjà analysé dans son intégralité. Il n'y a néanmoins pas la réponse que je cherche.
Et dans la vidéo de calculair°, on voit bien qu'avec une impulsion longue on a un spectre court, donc une bande-passante courte. Mais je ne trouve pas non plus une réponse à mes questions.
Pouvez-vous me réexpliquer autrement svp. Merci beaucoup

[Mathieu17]

J'avais trouvé ça dans le lien de Gwinver, mais je n'ai pas compris le 2eme paragraphe et je ne sais pas d'où sors le B=1/taux:

Plus la bande passante est large, plus la quantité de bruit passant dans le récepteur est grande puisque ce dernier se retrouve à toutes les fréquences. Cela affecte donc le rapport signal sur bruit final et la sensibilité du récepteur.

La bande passante est grosso-modo proportionnelle à la quantité d’information contenue dans le signal. Ainsi pour détecter correctement une impulsion carrée par une transformée de Fourier rapide (TFR), la bande passante du récepteur doit être égale à la plus haute fréquence significative de la série de sinus qui décompose le signal provenant de cette impulsion. Plus la bande passante est large dans ce cas, plus les côtés de l’onde carrée seront abrupts et mieux elle sera représentée.

Généralement, la bande passante B d’une impulsion en forme d’un demi-sinus de durée τ sera: B=1/τ

[calculair]

Je ne sais si cela est clair pour toi plus l'impulsion est courte et plus son spectre est étendu et donc nécessite une bande passante large. Comme la fréquence est l'inverse du temps , cela explique la réaction B = 1/T

Evidement si la bande passante est large, plus le bruit est important , comme par ailleurs l'impulsion est courte et plus l'énergie est faible, ce qui oblige à augmenter la puissance d'émission pour conserver un S/B convenable. Je ne suis pas spécialiste du radar , mais une solution serait la répétition des impulsions pour mieux discriminer le signal du bruit. On peur s'arranger pour le signal s'ajoute en puissance crête , tandis que le bruit s"ajoute en puissance moyenne du fait de son caractère aléatoire

J'avais trouvé ça dans le lien de Gwinver, mais je n'ai pas compris le 2eme paragraphe et je ne sais pas d'où sors le B=1/taux:

Plus la bande passante est large, plus la quantité de bruit passant dans le récepteur est grande puisque ce dernier se retrouve à toutes les fréquences. Cela affecte donc le rapport signal sur bruit final et la sensibilité du récepteur.

La bande passante est grosso-modo proportionnelle à la quantité d’information contenue dans le signal. Ainsi pour détecter correctement une impulsion carrée par une transformée de Fourier rapide (TFR), la bande passante du récepteur doit être égale à la plus haute fréquence significative de la série de sinus qui décompose le signal provenant de cette impulsion. Plus la bande passante est large dans ce cas, plus les côtés de l’onde carrée seront abrupts et mieux elle sera représentée.

Généralement, la bande passante B d’une impulsion en forme d’un demi-sinus de durée τ sera: B=1/τ

[Gwinver]

Bonsoir.

Il n'y a néanmoins pas la réponse que je cherche.

Il y a deux questions :

1)Je sais que pour baisser la bande passante du récepteur radar (pour diminuer le bruit reçu), il faut émettre des impulsions plus longues, ce qui amène à une erreur en distance de plus en plus grande. Comment peut-on calculer cette erreur?

La réponse est dans la section Résolution en distance: https://www.radartutorial.eu/01.basi...stance.fr.html avec une petite animation très claire.

2)Mes professeurs m'ont conseillé de travailler sur le signal radar et la bande passante. Mon expérience serait de voir à quelle vitesse de l'avion la bande passante est dépassée. Est-ce que c'est bien pour un TIPE? Si oui, comment procéder (j'ai cherché partout une relation entre vitesse et bande passante sans rien trouver)?

Il n'y a pas de relation vitesse/bande passante. Mais, la résolution en distance étant reliée à la bande passante (cf question 1), l'incertitude sur la vitesse est reliée à l'incertitude sur la position, donc à la bande passante. Contrairement à ce que laisse penser l'animation, le signal reçu n'est pas un carré, mais une "bosse" comme on peut le voir sur la figure 1, la cible est quelque part dans la bosse, au début ou à la fin.
Il faut aussi lire les sections : "Ambiguïté distance" et "Distance aveugle".

Pour compléter les explications de Calculair, il faut se souvenir qu'une impulsion de Dirac est équivalente à un signal de spectre infini : https://fr.wikipedia.org/wiki/Distribution_de_Dirac

Cette équivalence est utilisée dans certains radars (par exemple les systèmes de positionnement UWB : Ultra Wide Band) qui émettent un spectre continu sur une grande largeur de bande en lieu et place d'une impulsion.

[Mathieu17]

J'ai compris tout ce que tu as dis, à part au moment où tu parles de puissance de crête jusqu'à la fin, mais sinon auriez-vous des pistes de travail ? Est-ce que mes 2 premières questions sont intéressantes ou c'est pas la peine d'y répondre...
Comme je dois travailler autour de la bande passante j'essaie de trouver le meilleur compris avec la précision.
Merci pour vos réponses !!

[Mathieu17]

Ah ok, merci Gwinver, je n'avais donc pas bien analysé le lien. Et alors avec tous ça, vous aurez une idée d'expérience ou de modélisation (comparer les performances de plusieurs radars peut-être)? J'ai l'impression que mon ancienne idée n'est pas au top...
Merci à vous

[penthode]

Attention
Vous causez ici de radars primaires dont seuls les mirlitaires disposent maintenant

En civil il n'y a plus que des radars secondaires

[Gwinver]

Re-bonsoir.

Le sujet semble être

2)Mes professeurs m'ont conseillé de travailler sur le signal radar et la bande passante

.

La première chose à faire est de lire patiemment le tutoriel sur ce qui se rapporte au signal radar.
Il faudrait potentiellement sélectionner un type de radars car il en existe de très variés, et chaque modèle a ses caractéristiques propres. En général, on pense au radar à impulsion (Radar pulsé : https://www.radartutorial.eu/02.basi...0pulsé.fr.html ), celui qui a une antenne tournante, donc éventuellement se concentrer sur celui-là. Il faut aller lire les sections Types et équipements et Notions avancées pour se faire une idée des modèles possibles.

[Mathieu17]

D'accord, merci pour vos explications, je vais aller choisir le modèle. Bonne soirée à vous!

[Mathieu17]

Bonjour c'est encore moi. Mes encadrants m'ont réorienté à l'unique étude de la largeur d'impulsion avec la bande passante, mais on ne sait pas quelle expérience faire. J'ai découvert la compression d'impulsion, permettant d'avoir à la fois une bon signal à la réception et une bonne résolution. Néanmoins je ne sais pas comment faire une expérience/simulation dessus, ni si c'est une notion difficile (je prépare un oral).
Merci encore pour votre aide!

[calculair]

Pour commencer = Lien entre largeur d'impulsion et bande passante https://www.youtube.com/watch?v=7U_UWr-ye-k

Bonjour c'est encore moi. Mes encadrants m'ont réorienté à l'unique étude de la largeur d'impulsion avec la bande passante, mais on ne sait pas quelle expérience faire. J'ai découvert la compression d'impulsion, permettant d'avoir à la fois une bon signal à la réception et une bonne résolution. Néanmoins je ne sais pas comment faire une expérience/simulation dessus, ni si c'est une notion difficile (je prépare un oral).
Merci encore pour votre aide!

[Mathieu17]

Je savais que plus la largeur d'impulsion était grande, moins le spectre était étiré (c'est-à-dire moins la bande passante est grande) et plus le signal est fort (le pic lorsque 'a' est grand dans la vidéo de calculair). Je ne savais juste pas comment appliquer la transformée de Fourier.
Savez-vous comment appliquer une expérience sur l'exemple du signal radar, comme une compression d'impulsion ou autre?
Merci beaucoup, et merci calculair pour la vidéo !

[calculair]

je ne connais pas la technique de compression d'impulsion appliquée dans certain radar.

Mais vous avez raison quand vous augmentez la bande passante, le niveau de bruit augmente . La puissance de bruit récoltee par le récepteur est Pb = F K T B ou F est le facteur de bruit de récepteur K la constante de Bolzman. T la temperature absolue et B la bande passante.

le Facteur de bruit du récepteur peut varier entre 3 et 10 pour des recepteurs peu performants


Pourquoi ne pas faire des manip avec une onde sonore et essayer d'entendre un écho

Les ondes radio font 300m à la micro seconde , le son lui 300 m par seconde ce qui facilite les choses ...!

[calculair]

J'ai regardé le principe de la compression d'impulsion .

Je ne suis pas sur d'avoir tout compris de la physique du procédé

pour simplifié :

le radar émet pour simplifier 2 impulsions cote à cote l'une à la pulsation w et l'autre à W' proche

à la réception avec un jeu de filtre et ligne à retard on superpose les 2 impulsions pour les ajouter

donc à l'émission on a A sin Wt + A sin w't ' en fait ces signaux durent être peu et se succèdent ( il faudrait en faire une TF )

A la réception avec le jeu de filtre et ligne à retard on ajoute A sin wt + B et A sin w't + B' ou B et B' est le bruit

A sin wt + A sin w't + B + B' = 2 A Sin ( W+ W')t /2 cos (w+w')t /2. + B +B'

comme W est proche w' le cos (w+W')t/2 est proche de 1

La puissance du signal détecte est. proportionnel à 4 A**2 tandis que le bruit étant decorrélé sera seulement 2 fois plus fort ( au lieu 4 pour le signal )

en conclusion le S/B est amélioré et comme la durée d'impulsion réduite une meilleure localisation

Peut être un spécialiste du Radar précisera les choses , mais j'ai essayé de faire apparaitre de façon physique l'astuce de la compression d'impulsion.

On transforme la limitation de la puissance crête du radar en émettant la même énergie mais plus longtemps... C'est un peu cela...

[Sethy]

Peut-être envisager les radars pour véhicule tels que ceux qui aident au stationnement ?

[Mathieu17]

Merci beaucoup calculair! C'est plus clair maintenant. Donc la seule chose qui change environ c'est le temps d'émission de l'énergie. Peut-être comparer la compression d'impulsion et l'augmentation de la largeur d'impulsion expérimentalement��?
C'est sûr Sethy que je suis tenté de prendre un sujet plus accessible, mais le thème de l'année est "enjeux sociétaux", pour les radars c'est la sécurité donc ok, mais l'aide au stationnement je ne pense pas. Mais si tu as une autre idée, avec éventuellement un contact industriel ou autre, je suis preneur.

[calculair]

Bonjour


Je comprends de mieux en mieux la physique se la compression d'impulsion


Tu émets un train d'onde du durée T et modulé en fréquence de F1 à F2 d'amplitude A . La puissance est Pe = K A**2 et l'énergie emise Ee = KA**2 T

A la reception tu reçois ce train d'onde affaiblie la puissance reçue est Pr = K A'**2 et l'énergie reçue Er = K A'**2 T

Un filtre avec les lignes à retard retarde les fréquences qui arrivent les premières beaucoup plus que celles qui arrivent en fin d'impulsion
. Le signal reçue se trouve alors comprimé et de dure plus T mais T' elle que T' = T /C ou C est le taux de compression

Le filtre conserve l'énergie reçue donc l'énergie en entrée du filtre est la même que celle en sortie

Er = K A'**2 T en entrée = Er = K A"**2 T /C

d'ou A'**2 = A"**2 /C. ou A" = A' Racine de C. l'amplitude -du signal en sortie du filtre est augmentée. Sa puissance aussi puisque sa durée est plus courte

[calculair]

Remarque L'énergie du bruit est proportionnelle à la bande passante B et la durée de l'impulsion T

S/B = A'**2 C / (B T) donc si tu augmentes le taux de compression tu améliores le S/B ....

Bonjour


Je comprends de mieux en mieux la physique se la compression d'impulsion


Tu émets un train d'onde du durée T et modulé en fréquence de F1 à F2 d'amplitude A . La puissance est Pe = K A**2 et l'énergie emise Ee = KA**2 T

A la reception tu reçois ce train d'onde affaiblie la puissance reçue est Pr = K A'**2 et l'énergie reçue Er = K A'**2 T

Un filtre avec les lignes à retard retarde les fréquences qui arrivent les premières beaucoup plus que celles qui arrivent en fin d'impulsion
. Le signal reçue se trouve alors comprimé et de dure plus T mais T' elle que T' = T /C ou C est le taux de compression

Le filtre conserve l'énergie reçue donc l'énergie en entrée du filtre est la même que celle en sortie

Er = K A'**2 T en entrée = Er = K A"**2 T /C

d'ou A'**2 = A"**2 /C. ou A" = A' Racine de C. l'amplitude -du signal en sortie du filtre est augmentée. Sa puissance aussi puisque sa durée est plus courte

[Mathieu17]

Merci beaucoup calculair, je pense que je vais travailler sur cette compression d'impulsion qui m'a l'air essentiel pour le signal radar. Grâce à toi je comprends bien mieux le procédé.
Je reviendrai si j'ai encore quelques questions.
Merci encore!

[calculair]

Comme je l'ai dit, je ne suis pas du tout spécialiste des RADAR et je ne connaissais pas cette technique de compression des impulsions

La philosophie du procédé est souvent utilisée pour améliorer le S/B . On recherche la cohérence du signal, alors que le bruit est incohérent et c'est en exploitant cette difference que l'on améliore le S/B

Merci beaucoup calculair, je pense que je vais travailler sur cette compression d'impulsion qui m'a l'air essentiel pour le signal radar. Grâce à toi je comprends bien mieux le procédé.
Je reviendrai si j'ai encore quelques questions.
Merci encore!