Radar et effet Doppler
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Radar et effet Doppler



  1. #1
    Yvan_Delaserge

    Radar et effet Doppler


    ------

    Bonjour,

    Le radar GRAVES (Grand Réseau Adapté à la VEille Spatiale) est capable de détecter les satellites orbitant au-dessus de la France métropolitaine et situés à une altitude inférieure à 1 000 kilomètres.
    Il génère une émission continue en bande VHF, sur 143,050 MHz, 24h/24.
    Depuis chez moi, j'arrive à capter ses émissions en utilisant un récepteur défini par software (SDR), ce qui me permet d 'obtenir l'image suivante:


    Nom : Figure 1.jpg
Affichages : 299
Taille : 273,0 Ko

    Le graphique du haut est du même type que celui qui serait fourni par un analyseur de spectre.
    L'axe horizontal représente les fréquences, de 143,0497 MHz à 143,0501 MHz.
    L'axe vertical représente l'amplitude des signaux reçus.
    On distingue un pic entre 144,0498 et 144,0499. Il s'agit du signal provenant directement du radar. Normalement, il devrait être pile sur 144,050 MHz, mais mon récepteur est un appareil bon marché.

    Le graphique du bas est de type "chute d'eau".
    L'axe horizontal représente les fréquences, comme pour le graphique du haut.
    L'axe vertical représente le temps, ici de 20 h 03 à 20 h 46. C'était le 11 mars 2019.
    L'axe Z, c'est-à-dire la couleur des pixels du graphique représente l'amplitude du signal reçu à ce moment-là. Foncé si pas de signal, jaune si présence de signal.

    On voit une raie verticale (plus ou moins verticale, la stabilité en fréquence de mon récepteur bon marché n'est pas absolue). C'est le signal provenant directement du radar. Fréquence invariable au cours du temps.

    Et finalement, on en vient à ce qui nous intéresse ici, la multitude de courbes obliques.
    Chaque courbe est l'ensemble des échos du signal du radar, réfléchi sur un avion.
    On voit que les échos ne sont pas sur la même fréquence que le signal du radar. C'est parce que les avions se déplacent dans le ciel à grande vitesse. Les échos sont donc affectés par l'effet Doppler.

    La fréquence des échos est décalée vers la droite (fréquences élevées) lorsque l'avion s'approche de moi, et vers les fréquences basses quand il s'éloigne. Cela explique pourquoi les courbes partent toutes d'en bas à droite et finissent en haut à gauche.

    Le décalage Doppler se calcule au moyen de la formule Fd= 2 V Ft/c, où
    Fd= décalage doppler
    V= vitesse de l'avion
    Ft= fréquence de l'émetteur
    c = 3 * 10**8

    Un avion de ligne se déplace à environ 800 Km/h, par conséquent, le décalage Doppler devrait être d'environ 100 Hz.

    Or, comme on le voit sur le graphique, les décalages Doppler maximaux et minimaux que j'observe ne sont pas de 100 Hz, mais de 200 Hz.

    Comment expliquer cette différence? Il est impossible que les avions se déplacent à 1600 Km/h.

    -----
    Un civet, un plat de côtes et puis, glissez-moi une petite paupiette avec.( Lino Ventura)

  2. #2
    gts2

    Re : Radar et effet Doppler

    Bonjour,

    C'est un double décalage Doppler,

    Référentiel de l'avion : il reçoit la fréquence décalée par effet Doppler et renvoie la même fréquence (par réflexion).
    Votre référentiel : vous recevez la fréquence émise par l'avion avec décalage.
    Les deux s'additionnent.

    Sinon : joli manip !

  3. #3
    antek

    Re : Radar et effet Doppler

    Le récepteur affiche le signal émetteur/satellite/avion mais pas le signal émetteur/avion ?
    L'électronique c'est comme le violon. Soit on joue juste, soit on joue tzigane . . .

  4. #4
    Yvan_Delaserge

    Re : Radar et effet Doppler

    Citation Envoyé par antek Voir le message
    Le récepteur affiche le signal émetteur/satellite/avion mais pas le signal émetteur/avion ?
    Il reçoit à la fois le signal directement depuis l'émetteur du radar (raie centrale), probablement diffracté et/ou réfléchi par le relief du terrain autour de chez moi.
    Plus les échos en provenance des différents avions dans un rayon d'une centaine de kilomètres autour de chez moi. Mon antenne de réception est omnidirectionnelle.
    Un civet, un plat de côtes et puis, glissez-moi une petite paupiette avec.( Lino Ventura)

  5. A voir en vidéo sur Futura
  6. #5
    gts2

    Re : Radar et effet Doppler

    Citation Envoyé par gts2 Voir le message
    C'est un double décalage Doppler
    D'ailleurs, vous l'écrivez vous-même : Fd= 2 V Ft/c et cela donne bien 211 Hz (vous avez du oublié le 2 en faisant le calcul).

  7. #6
    antek

    Re : Radar et effet Doppler

    L'écho avion devrait surpasser largement l'écho satellite/avion. Tu ne peux donc pas discriminer la provenance des échos. A moins que le radar soit un interrogateur et que le satellite réponde, ce qui améliorerait sensiblement le rapport des niveaux [avion-satellite] sur [avion-direct]. Suis-je clair ?

    C'est la réponse de gts2 qui m'interpelle
    L'électronique c'est comme le violon. Soit on joue juste, soit on joue tzigane . . .

  8. #7
    GBo

    Re : Radar et effet Doppler

    Pourtant c'est connu antek, même principe que pour le radar routier, voir page 13:
    http://maths-sciences-lp.ac-amiens.f...er_dossier.pdf

  9. #8
    antek

    Re : Radar et effet Doppler

    Le radar et doppler-fizeau oui c'est connu.
    Mais que le signal doublement réfléchi soit pris en compte mais que le simplement réfléchi ne le soit pas, un peu moins.
    L'électronique c'est comme le violon. Soit on joue juste, soit on joue tzigane . . .

  10. #9
    GBo

    Re : Radar et effet Doppler

    Il n'y a qu'une seule réflexion, le radar émet depuis un point fixe sur terre, son signal rebondit sur l'avion, le rebond est capté par notre ami.

  11. #10
    Yvan_Delaserge

    Re : Radar et effet Doppler

    Citation Envoyé par antek Voir le message
    L'écho avion devrait surpasser largement l'écho satellite/avion. Tu ne peux donc pas discriminer la provenance des échos. A moins que le radar soit un interrogateur et que le satellite réponde, ce qui améliorerait sensiblement le rapport des niveaux [avion-satellite] sur [avion-direct]. Suis-je clair ?

    C'est la réponse de gts2 qui m'interpelle
    Le décalage Doppler serait beaucoup plus important dans le cas d'un satellite, car sa vitesse est très supérieure.
    Un civet, un plat de côtes et puis, glissez-moi une petite paupiette avec.( Lino Ventura)

  12. #11
    Yvan_Delaserge

    Re : Radar et effet Doppler

    Si la Lune se trouve au bon endroit dans le ciel, il est même possible de capter les échos qu'elle renvoie.
    Un civet, un plat de côtes et puis, glissez-moi une petite paupiette avec.( Lino Ventura)

  13. #12
    Kondelec

    Re : Radar et effet Doppler

    Je me sers de la même méthode pour visualiser les étoiles filantes. J'utilise une antenne Yagi pointée vers la zone d’intérêt. On peut aussi visualiser l'ISS.

  14. #13
    Gwinver

    Re : Radar et effet Doppler

    Bonsoir.
    Le calcul de l'effet Doppler doit inclure l'aspect géométrique.
    Dans le cas présent, le signal reçu par le mobile vient du sol, il n'est donc pas colinéaire avec le déplacement.
    Il en va de même de celui réfléchi par le mobile en direction du récepteur. Cette géométrie évolue avec le déplacement de l'avion ou du satellite.

  15. #14
    gts2

    Re : Radar et effet Doppler

    Citation Envoyé par Gwinver Voir le message
    Le calcul de l'effet Doppler doit inclure l'aspect géométrique.
    Oui, le 200 Hz est le max, on voit d'ailleurs que selon la trajectoire des avions, les courbes sont différentes.

  16. #15
    antek

    Re : Radar et effet Doppler

    Citation Envoyé par GBo Voir le message
    Il n'y a qu'une seule réflexion, le radar émet depuis un point fixe sur terre, son signal rebondit sur l'avion, le rebond est capté par notre ami.
    C'est ce double là qui m'a perturbé . . .
    C'est un double décalage Doppler
    Sans lire plus loin j'avais compris premier décalage par le satellite et deuxième décalage par l'avion, du même signal.

    Merci
    L'électronique c'est comme le violon. Soit on joue juste, soit on joue tzigane . . .

  17. #16
    Yvan_Delaserge

    Re : Radar et effet Doppler

    Citation Envoyé par Gwinver Voir le message
    Bonsoir.
    Le calcul de l'effet Doppler doit inclure l'aspect géométrique.
    Dans le cas présent, le signal reçu par le mobile vient du sol, il n'est donc pas colinéaire avec le déplacement.
    Il en va de même de celui réfléchi par le mobile en direction du récepteur. Cette géométrie évolue avec le déplacement de l'avion ou du satellite.
    Exactement. C'est ce qui explique que la pente de la courbe de chaque aéronef varie au cours du temps, même s'il se déplace selon une trajectoire rectiligne et à altitude et vitesse constantes.
    En revanche, la trace laissée par la Lune est, elle, parfaitement rectiligne. La pente de sa trace est constante, car sa distance est très grande par rapport à l'émetteur et au récepteur.
    Un civet, un plat de côtes et puis, glissez-moi une petite paupiette avec.( Lino Ventura)

  18. #17
    Yvan_Delaserge

    Re : Radar et effet Doppler

    Citation Envoyé par antek Voir le message
    C'est ce double là qui m'a perturbé . . .

    Sans lire plus loin j'avais compris premier décalage par le satellite et deuxième décalage par l'avion, du même signal.

    Merci
    Ok, dans le cas d'un radar, on a un double décalage en fréquence.
    Une manip intéressante serait d'observer le décalage doppler des conversations radio des avions avec les contrôleurs aériens.
    Dans ce cas, l'effet Doppler n'agit qu'une seule fois.
    Normalement, avions et contrôleur, tout le monde doit être exactement sur la même fréquence.
    Au voisinage d'un aéroport, si on observe la fréquence utilisée par les avions qui vont atterrir, ont devrait observer un décalage autour de 100 Hz vers les hautes fréquences, lorsque l'avion est encore loin, et le décalage devrait progressivement se réduire au quart de cette valeur, au cours de l'approche.
    Et l'inverse pour les avions qui décollent.
    Un civet, un plat de côtes et puis, glissez-moi une petite paupiette avec.( Lino Ventura)

  19. #18
    Yvan_Delaserge

    Re : Radar et effet Doppler

    Citation Envoyé par Kondelec Voir le message
    Je me sers de la même méthode pour visualiser les étoiles filantes. J'utilise une antenne Yagi pointée vers la zone d’intérêt. On peut aussi visualiser l'ISS.
    Oui, les étoiles filantes laissent une trace très courte et parfaitement horizontale. On en voit une sur l'image en#1, vers 20h34.
    J'ai aussi essayé de capter des échos en provenance de l'ISS, au moyen d'une antenne Yagi 5 éléments, mais malheureusement sans succès.
    Les traces laissées par les étoiles filantes et par la Lune, je les ai toutes captées avec l'antenne omnidirectionnelle.
    Un civet, un plat de côtes et puis, glissez-moi une petite paupiette avec.( Lino Ventura)

  20. #19
    Gwinver

    Re : Radar et effet Doppler

    Bonjour.

    La valeur absolue du décalage Doppler est fonction de la fréquence considérée.
    Les communications voix avion vers sol sont sur la bande 118 à 136 MHz et en AM.
    Le récepteur s'accommode très bien d'un décalage Doppler de la porteuse, il y a très peu de distorsion, ce serait différent en BLU.

  21. #20
    Kondelec

    Re : Radar et effet Doppler

    Citation Envoyé par Yvan_Delaserge Voir le message
    Oui, les étoiles filantes laissent une trace très courte et parfaitement horizontale. On en voit une sur l'image en#1, vers 20h34.
    J'ai aussi essayé de capter des échos en provenance de l'ISS, au moyen d'une antenne Yagi 5 éléments, mais malheureusement sans succès.
    Les traces laissées par les étoiles filantes et par la Lune, je les ai toutes captées avec l'antenne omnidirectionnelle.
    Une yagi aura forcément plus de gain et donc de signal. C'est une antenne que tu as fabriqué ? Es-tu sur qu'elle est bien accordée ?

  22. #21
    Gwinver

    Re : Radar et effet Doppler

    Bonsoir.

    Plus de gain veux aussi dire plus de directivité, autrement dit, l'antenne doit être bien orientée.
    A 5 éléments, une Yagi peut atteindre un gain de l'ordre de 6 à 10 dB, l'ouverture est de l'ordre de 60° à 90°.
    Le gain devient aussi plus sensible à l'alignement de la polarisation avec le signal à recevoir.
    En même temps, une bonne orientation vers l'ISS implique potentiellement une moins bonne orientation vers le radar.

  23. #22
    Kondelec

    Re : Radar et effet Doppler

    La directivité n'a pas d'importance pour la chasse aux étoiles filantes, car on vise les essaims.
    Pour l'ISS il suffit de l'orienter en fonction de sa trajectoire (que l'on vérifie avant sur stellarium)

  24. #23
    Yvan_Delaserge

    Re : Radar et effet Doppler

    Citation Envoyé par Kondelec Voir le message
    Une yagi aura forcément plus de gain et donc de signal. C'est une antenne que tu as fabriqué ? Es-tu sur qu'elle est bien accordée ?
    Oui, je l'ai faite moi-même et oui, elle est bien accordée. Je l'ai longtemps utilisée en émission aussi.
    Mais même en recherchant les heures et les points de passage de l'ISS et en pointant l'antenne exactement dans sa direction, je n'ai jamais réussi à capter d'écho. Peut-être faudrait-il une antenne avec beaucoup plus de gain?
    On ne trouve malheureusement pas de description des antennes de réception utilisées par GRAVES au Plateau d'Albion. On en voit une photo sur la page Wikipedia qui parle de GRAVES, mais ça ne ressemble pas à des Yagi!
    Un civet, un plat de côtes et puis, glissez-moi une petite paupiette avec.( Lino Ventura)

  25. #24
    antek

    Re : Radar et effet Doppler

    Citation Envoyé par Yvan_Delaserge Voir le message
    . . . la page Wikipedia qui parle de GRAVES, mais ça ne ressemble pas à des Yagi!
    La polarisation est connue ?
    L'électronique c'est comme le violon. Soit on joue juste, soit on joue tzigane . . .

  26. #25
    f6exb

    Re : Radar et effet Doppler

    Citation Envoyé par Yvan_Delaserge Voir le message
    On en voit une photo sur la page Wikipedia qui parle de GRAVES, mais ça ne ressemble pas à des Yagi!
    Dommage, sur google earth et géoportail, la zone est floutée.
    Dernière modification par f6exb ; 16/07/2024 à 11h27.
    Seuls les faucons volent. Les vrais restent au sol.

  27. #26
    f6exb

    Re : Radar et effet Doppler

    Si on regarde au zoom maximum la photo de wiki, il semble y avoir une polychiée de Yagis deux éléments en polarisation verticale en phase.

    Photo prise en 2012 :
    Images attachées Images attachées  
    Dernière modification par f6exb ; 16/07/2024 à 11h35.
    Seuls les faucons volent. Les vrais restent au sol.

  28. #27
    f6exb

    Re : Radar et effet Doppler

    Seuls les faucons volent. Les vrais restent au sol.

  29. #28
    Gwinver

    Re : Radar et effet Doppler

    Bonjour.

    L'ISS a des dimensions comparables à celle d'un avion (en fait un peu plus : 108 m x 73 m), mais vole à 400 kms au lieu de 10 kms, soit un facteur 2 x 40 (aller et retour). L'atténuation complémentaire est donc de l'ordre de 32 dB.
    L'écho d'un avion étant perceptible avec une antenne omni, (disons un doublet : G = 2.15 dB), il faudrait à minima un gain de 30 dB pour une observation équivalente (même S/B).
    Donc peut-être utiliser des antennes dédiées à du EME.

  30. #29
    Kondelec

    Re : Radar et effet Doppler

    J'ai une 3 elements, et ça fonctionne très bien

  31. #30
    Gwinver

    Re : Radar et effet Doppler

    Bonsoir.
    Curieusement, le système GRAVES est donné pour une portée de 1000 km selon Wikipédia.
    Mais, on ne connaît pas les critères concernés.

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