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    Le radar Le radar Document Transcript

    • LE RADARCette Antenne radar longue portée, connue sous le nom ALTAIR, est utilisée pour détecter et pister les objets spatiaux enconjonction avec le système de missiles antibalistique ABM sur le site Ronald Reagan Test Site localisé principalementsur latoll KwajaleinLe radar est un système qui utilise les ondes radio pour détecter et déterminer la distance et/ou la vitesse dobjets tels queles avions, bateaux, ou encore la pluie. Un émetteur envoie des ondes radio, qui sont réfléchies par la cible et détectéespar un récepteur, souvent situé au même endroit que lémetteur. La position est estimée grâce au temps de retour du signalet la vitesse est mesurée à partir du changement de fréquence du signal par effet Doppler.Le radar est utilisé dans de nombreux contextes : en météorologie, pour le contrôle du trafic aérien, pour la surveillancedu trafic routier, par les militaires, en astronautique, etc. Le mot lui-même est un néologisme provenant de lacronymeanglais : RAdio Detection And Ranging, que lon peut traduire par « détection et estimation de la distance par ondesradio » ou plus simplement «radiorepérage». Cet acronyme dorigine américaine a remplacé le sigle anglaisprécédemment utilisé : "RDF" (Radio Direction Finding). Depuis, le mot "radar" est entré dans la langue usuelle, perdantdonc son écriture en lettres majuscules.Sommaire 1 Histoire 2 Description générale 3 Technologie du radar o 3.1 Génération de londe o 3.2 Plages de fréquences o 3.3 Equation radar o 3.4 Les antennes 3.3.1 Réflecteur parabolique 3.3.2 Guide dondes à fentes 3.3.3 Antennes réseau à commande de phase 4 Les principes de fonctionnement o 4.1 Réflectivité o 4.2 Calcul de la réflectivité o 4.3 Polarisation o 4.4 Interférences 4.4.1 Bruit 4.4.2 Échos parasites 4.4.3 Brouillage 5 Traitement des signaux radar o 5.1 Mesure de distance 5.1.1 Temps de retour du signal 5.1.2 Modulation de fréquence o 5.2 Mesure de vitesse 5.2.1 Vitesse Doppler avec radar pulsé 5.2.2 Dilemme Doppler o 5.3 Réduction des interférences 6 Applications
    • Histoire En 1864, James Clerk Maxwell décrit les lois de l’électromagnétisme, ce qui permet pour la première fois de travailler sur leur source. En 1889, Heinrich Rudolf Hertz montre que les ondes électromagnétiques sont réfléchies par les surfaces métalliques. XXe siècle, plusieurs inventeurs, scientifiques, et ingénieurs ont contribué au développement du radar: Développement de la radio et de la TSF (par Marconi, entre autres), donc des antennes. Les fondements théoriques du radar datent du début du XXe siècle avec, en 1904, le dépôt du brevet du « Telemobiloskop » (Reichspatent Nr. 165546) par lallemand Christian Hülsmeyer1, qui a démontré la possibilité de détecter la présence de bateaux dans un brouillard très dense. En envoyant une onde à laide dune antenne multipolaire, son système notait le retour depuis un obstacle avec une antenne dipolaire sans pouvoir cependant en définir plus quun azimut approximatif et aucunement sa distance. Cétait donc le RAD (radio détection) mais pas le AR (azimut et rayon). En 1917, Nikola Tesla établit les principes théoriques (fréquences et niveaux de puissance) du futur « radar »2 Dans les années 1920 : expériences de détection avec des antennes. Il faut résoudre des problèmes de longueur d’onde et de puissance. En 1934, faisant suite à une étude systématique du magnétron, des essais sur des systèmes de détection par ondes courtes sont menés en France par la CSF (16 et 80 cm de longueur donde) selon les principes de Nikola Tesla. Un brevet est déposé (brevet français n° 788795). Cest ainsi que naissent les « radars » à ondes décimétriques. Le premier équipa en 1934 le cargo Orégon, suivi en 1935 par celui du paquebot Normandie. En 1935, faisant suite à un brevet déposé par Robert Watson-Watt (l’inventeur dit « officiel » du radar) (brevet anglais GB593017 3 4), le premier réseau de radars est commandé par les Britanniques. Le Hongrois Zoltán Lajos Bay 5 a produit un autre des premiers modèles opérationnels en 1936 dans le laboratoire de la compagnie Tungsram (Hongrie).Durant la Seconde Guerre mondiale de nombreux développements se font du point de vue technique, tels les radarsaéroportés, mais sont également menées des expérimentations sur la polarisation et sont faites des découvertes dartéfacts.Par exemple, les opérateurs des radars micro-ondes des armées alliées remarquèrent du bruit dans les images. Ces bruitssavérèrent être des échos venant de précipitations (pluie, neige, etc.), ce qui a mené au développement des radarsmétéorologiques après la fin des combats.Depuis cette guerre, les radars sont utilisés dans de nombreux domaines allant de la météorologie à lastrométrie enpassant par le contrôle routier et aérien.Description générale Principe du sondage radarUn radar émet de puissantes ondes, produites par un oscillateur radio et transmises par une antenne. Bien que la puissancedes ondes émises soit grande, l’amplitude du signal renvoyé est le plus souvent très petite. Néanmoins, les signaux radiosont facilement détectables électroniquement et peuvent être amplifiés de nombreuses fois. Il existe différentes façonsdémettre ces ondes. Les deux les plus utilisées sont : Les ondes pulsées, où le radar émet une impulsion et attend le retour. Le radar à émission continue, où lon émet continuellement à partir dune antenne et on reçoit à laide dune seconde.
    • En analysant le signal réfléchi, il est possible de localiser et d’identifier l’objet responsable de la réflexion, ainsi que decalculer sa vitesse de déplacement. Le radar peut détecter des objets ayant une large gamme de propriétés réflectives,alors que les autres types de signaux, tels que le son ou la lumière visible, revenant de ces objets, seraient trop faibles pourêtre détectés. De plus, les ondes radio peuvent se propager avec une faible atténuation à travers lair et divers obstacles,tels les nuages, le brouillard ou la fumée, qui absorbent rapidement un signal lumineux. Cela rend possible la détection etle pistage dans des conditions qui paralysent les autres technologies.Technologie du radar Composantes dun radarUn radar est formé de différentes composantes: Lémetteur qui génère londe radio. Le guide donde qui amène londe vers lantenne. Le duplexeur, un commutateur électronique, dirige londe vers lantenne lors de lémission ou le signal de retour depuis lantenne vers le récepteur lors de la réception. Il permet donc dutiliser la même antenne pour les deux fonctions. Il est primordial quil soit bien synchronisé puisque la puissance du signal émis dont lamplitude est de lordre du M Watt est trop importante pour le récepteur qui, lui, traite des signaux dune puissance de lordre de quelques nano Watts. Au cas où limpulsion émise serait dirigée vers le récepteur, celui-ci serait instantanément détruit. Lantenne dont le rôle est de diffuser londe électromagnétique vers la cible avec le minimum de perte. Sa vitesse de déplacement, rotation et/ou balancement, ainsi que sa position, en élévation comme en azimut, sont asservies. Elle est sollicitée tant en émission: de lémetteur vers lantenne, quen réception: de lantenne vers le récepteur. Le récepteur qui reçoit le signal incident (cible - antenne - guide dondes - duplexeuse), le fait émerger des bruits radios parasites, lamplifie, le traite et le dirige vers les systèmes électroniques de suivi et de visualisation.Le tout est contrôlé par le système électronique du radar, programmé selon un logiciel de sondage. Les données obtenuessont affichées aux utilisateurs.Génération de londeLémetteur au site du radar comprend: un oscillateur permanent, un amplificateur et un modulateur. Loscillateur permanent basé sur la technologie des tubes à cavité résonnante, il peut être un klystron qui a une fréquence très stable, un magnétron dont la fréquence varie dans le temps, ou dautres types doscillateurs à état solide. Les générateurs dimpulsion, ou modulateurs, sont des pièces électroniques qui produisent limpulsion radar à partir de londe continue produite par loscillateur. En quelque sorte, ils laissent passer londe vers lamplificateur durant un très court laps de temps (de lordre de la µ seconde). Ceci permet de concentrer lénergie de londe dans
    • cette impulsion (puissance de lordre du M Watt). Il existe différentes sortes de commutateurs dont le plus connu est le thyratron. Le klystron peut lui-même remplir les rôles doscillateur, de générateur dimpulsion et damplificateur. Une fois que londe est produite, le guide donde est chargé de lamener vers lantenne avec une perte du signal la plus faible possible.Plages de fréquencesLe nom des plages de fréquences utilisées dans le monde des radars provient de la Seconde Guerre mondiale. En effet,pour garder secret le développement de ce système, les militaires ont décidé de donner à ces plages des noms de code quisont demeurés en usage depuis. Ils ont été adoptés aux États-Unis par le Institute of electrical and electronics engineers(IEEE) et internationalement par l’Union internationale des télécommunications. La plupart des pays ont, par ailleurs,défini quelles parties de chaque bande sont à la disposition des secteurs militaires et civils. Cependant, certains utilisateursdes bandes radios, comme les télédiffuseurs et l’industrie des contre-mesures militaires, ont remplacé les vocablestraditionnels par leur propre identification.Plages de fréquences radarNom de Plage de Longueurs Commentairesbande fréquences d’onde Pour high frequency (haute fréquence). Utilisée par les radars côtiersHF 3-30 MHz 10-100 m et les radars “au-delà de l’horizon”.P < 300 MHz 1 m+ Pour précédent : appliquée a posteriori aux radars primitifs Pour very high frequency (très haute fréquence). Utilisée par lesVHF 50-330 MHz 0.9-6 m radars à très longue portée et par ceux à pénétration de sol. Pour ultra high frequency (ultra haute fréquence). Radars à très 300-1000UHF 0.3-1 m longue portée (ex. détection de missiles balistiques), pénétration de MHz sol et de feuillage. Pour long. Utilisée pour le contrôle aérien de longue portée et laL 1-2 GHz 15-30 cm surveillance aérienne. Pour short (court). Utilisée par les radars de trafic aérien local, lesS 2-4 GHz 7.5-15 cm radars météorologiques et navals. Compromis entre les bandes S et X pour les transpondeursC 4-8 GHz 3.75-7.5 cm satellitaires et les radars météorologiques. Pour les radars météorologiques, les autodirecteurs de missiles, lesX 8-12 GHz 2.5-3.75 cm radars de navigation, les radars à résolution moyenne de cartographie et la surveillance au sol des aéroports. Fréquence juste sous K (indice u pour under en anglais) pour lesKu 12-18 GHz 1,67-2,5 cm radars de cartographie à haute résolution et laltimétrie satellitaire. De l’Allemand kurz(court). très absorbé par la vapeur d’eau, Ku et Ka sont utilisées pour la détection des gouttelettes de nuages enK 18-27 GHz 1,11-1,67 cm météorologie et dans les radars routiers (24.150 ± 0.100 GHz) manuels. Fréquence juste au-dessus de K (indice a) pour la cartographie, laKa 27-40 GHz 0.75-1.11 cm courte portée, la surveillance au sol des aéroports, les radars routiers (34.300 ± 0.100 GHz) automatisés.Q 40-60 GHz 7.5 mm - 5 mm Utilisée pour les communications militaires. Utilisée comme radar anti-collisions automobile et pour lobservationW 75-110 GHz 2.7 - 4.0 mm météorologique à haute résolution et de courte portée.
    • Les antennes Radars de La DôleOn utilise différents types dantennes pour diffuser et recouvrir les faisceaux radar. Les premiers systèmes, tels le "ChainHome" britannique durant la Seconde guerre mondiale, étaient formés dantennes dipolaires qui émettaient de façon omni-directionnelle, et dantennes réceptrices directionnelles. Ces dernières étaient formées de deux antennes dipolaires placéesà angle droit. En effet, la réception est maximale à angle droit de la source déchos, et minimale lorsque lantenne pointesa direction. Lopérateur radar peut donc déterminer la direction du signal en tournant les antennes pour déterminer cedoublet max/min des affichages de ses deux antennes.Un limitation de ce type dantennes émettrices est le caractère omnidirectionnel de lémission. On répartit ainsi lénergieémise sur une très grande surface et de très puissants émetteurs sont donc nécessaires pour avoir un retour détectable :lénergie reçue par la cible est en effet infinitésimale. Ce problème est particulièrement important quand il faut monter unsystème radar à bord dun avion où la réserve dénergie est limitée, et où il nest pas souhaitable dirradier tout léquipagedondes radio. Il a donc fallu développer des systèmes à émission directionnelle.Réflecteur parabolique Spectre idéalisé de la distribution dénergie dun faisceau radar (Pic central à 0 etpics secondaires à différents angles de chaque côté de celui-ci)La solution toute trouvée fut dutiliser une antenne parabolique pour créer un faisceau ayant plus ou moins une forme depinceau. Londe étant émise au foyer de la parabole, lénergie est concentrée en majorité le long de laxe passant entre lecentre de la parabole et le foyer avec une décroissance gaussienne de chaque côté de ce pic central quon appelle lobeprincipal. La figure de droite montre quil existe des pics secondaires, quon appelle lobes secondaires, dans la directiondesquelles on a également émission (ou réception), mais à beaucoup plus faible intensité.Pour un radar à impulsion, la même antenne sert de récepteur, du fait quelle est directionnelle en réception également.Ces systèmes sont donc plus efficaces des points de vue énergétique et dutilisation.La résolution de ces antennes, cest-à-dire la grosseur du plus petit objet détectable, est proportionnelle à la longueurdonde utilisée, et inversement proportionnelle au diamètre de lantenne. Pour une même résolution, si on réduit lalongueur donde, on peut réduire dautant la taille de lantenne, ce qui a permis dutiliser des antennes de faible diamètredans les avions tant militaires que commerciaux.On peut utiliser également deux fréquences radar dans un tel système pour suivre une cible comme un avion et faire cequon appelle un "verouillage" de la cible.Guide dondes à fentesEn général, le signal venant de lémetteur se déplace dans un guide donde dans lantenne émettrice. Il est cependantpossible de transformer le guide donde lui-même en antenne en y perçant des fentes. Linterférence entre les différentes
    • fentes crée en effet un spectre de diffusion avec un pic central intense et des pics secondaires plus faibles dans la directionselon laquelle sont dirigées les fentes. On obtient ainsi un faisceau radar directionnel semblable à celui dune antenneparabolique.Ce type dantenne a une bonne résolution selon son axe, mais aucune dans laxe perpendiculaire. Il suffit ensuite de fairetourner mécaniquement le guide donde ainsi troué sur 360 degrés pour obtenir un balayage de lhorizon. Ce typedantenne est particulièrement utilisé dans les cas où on ne sintéresse quà ce qui se trouve dans le plan balayé sansnécessiter une très grande précision. Cest ce type dantennes que lon voit sur les navires, le long des pistes des aéroportset dans les ports et qui ressemblent à de longs haut-parleurs placés horizontalement et en rotation sur un mât. Ils sont trèséconomiques et moins affectés par le vent que dautres types dantenne.Antennes réseau à commande de phase Radar tridimensionnel à balayage électronique géant en AlaskaUne autre méthode utilisée pour diffuser le faisceau radar est celui des antennes réseau à commande de phase. Dans cesystème, on divise le guide donde venant de lémetteur en un très grand nombre de sous-guides donde. Ces derniers seterminent chacun par une fente sur une plaque faisant face à une direction. En contrôlant la phase de londe passant danschacune de ces fentes, on peut créer un spectre dinterférences qui donne une émission dans une direction particulière. Onpeut changer la direction vers laquelle lantenne émet sans avoir à bouger celle-ci : il ny a quà changer larrangement desphases des fentes.Comme le changement de larrangement se fait électroniquement, on peut procéder à un balayage de lhorizon et de laverticale en un temps beaucoup plus rapide que ne le ferait une antenne parabolique en rotation mécanique. On peutmême arranger le spectre démission de telle sorte quon ait deux faisceaux, ce qui créer deux radars virtuels. Cependant,le faisceau nest pas très précis dans la direction rasant la plaque et cest pourquoi on arrange généralement trois ou quatreplaques de ce type dans des directions différentes pour couvrir tout le volume autour du radar. Ceci donne un radartridimensionnel à balayage électronique.Les antennes réseau à commande de phase ont été utilisées en premier durant la Seconde guerre mondiale mais leslimitations de lélectronique du temps nont pas permis davoir des résultats de bonne résolution. Durant la Guerre froide,un grand effort a été fourni pour leur développement, car les cibles très rapides comme les avions de chasse et les missilesse déplacent trop rapidement pour être suivis par les systèmes conventionnels. Elles sont le coeur du système de combatAegis des navires de guerre et du système anti-missiles Patriot. Elles sont de plus en plus utilisées, malgré leur coûtimportant, dans dautres domaines où la vitesse de sondage et lencombrement sont critiques, comme à bord des avions dechasse. Dans ces derniers, elles sont très appréciées pour leur capacité à suivre plusieurs cibles. Elles y furent introduitesen premier dans le Mikoyan MiG-31. Son antenne à commande de phase, la Zaslon SBI-16, est considérée comme la pluspuissante des avions de chasse.Avec la baisse du prix des pièces électroniques, ce genre dantennes se répand de plus en plus. Presque tous les systèmesmilitaires de radar utilisent ce concept, car le coût additionnel est facilement compensé par sa versatilité et sa fiabilité(moins de pièces mobiles). Lantenne réseau à commande de phase pour radar se retrouve également dans les satellites eton procède même à des essais au National Weather Service américain pour son utilisation dans les radarsmétéorologiques. Lantenne parabolique est encore utilisée dans laviation générale et les autres utilisations civiles maiscela pourrait changer si les coûts continuent à décliner.Réfrigérant de radarLe coolanol et le PAO (poly alpha olefin) sont les deux principaux réfrigérants utilisés dans les radar aéroportés. La U.S.Navy ayant institué un programme anti-pollution pour réduire les déchets toxiques, le Coolanol est moins en usage depuis
    • quelques années. Le PAO est un lubrifiant synthétique composé desters de polyol, danti-oxydants, dinhibiteurs de rouilleet de triazole un "yellow metal pacifier".Les principes de fonctionnementRéflexion [modifier]La luminosité sur un affichage radar est proportionnelle à la réflectivité des cibles, comme le montre cette image radarmétéo de 1960. La fréquence de l’onde, la forme de limpulsion et le type d’antenne déterminent ce que le radar peutobserver.Les ondes électromagnétiques sont réfléchies par tout changement significatif des constantes diélectriques oudiamagnétiques du milieu traversé. Cela signifie qu’un objet solide dans l’air ou le vide, ou tout autre changementsignificatif de la densité atomique entre l’objet et ce qui l’entoure, disperse les ondes radar. C’est particulièrement vraipour les matériaux conducteurs d’électricité, tels les métaux et la fibre de carbone, ce qui rend les radars très adaptés à ladétection d’avions et bateaux.La portion de londe qui est retournée au radar par une cible est appelée sa réflectivité. La propension de la cible àréfléchir ou disperser ces ondes est appelée sa section efficace. En fait, les ondes radar se dispersent de façons différentessuivant la longueur donde utilisée, la forme de la cible et sa composition: Si la longueur d’onde est beaucoup plus petite que la taille de la cible, l’onde rebondira dessus comme la lumière sur un miroir. La section efficace dépendra dans ce cas de la forme de la cible et de ses propriétées réflectives. Si la longueur d’onde est beaucoup plus grande que la taille de la cible, les atomes de cette dernière seront polarisés. Cest-à-dire que les charges négatives et positives dans le matériaux seront séparées comme dans une antenne dipolaire. Ceci est décrit par le modèle de la diffusion Rayleigh qui prédit le bleu du ciel et le rouge d’un coucher de soleil. Dans cette situation, la section efficace sera proportionnelle au diamètre de la cible et à ses propriétées réflectives. Quand les deux longueurs sont comparables, il peut se produire des résonances entre les atomes de la cible et la réflexion se comporte selon la théorie de Mie, rendant le spectre de réémission très variable.Les premiers radars utilisaient des longueurs d’onde beaucoup plus importantes que la taille des cibles et recevaient unsignal vague, tandis que certains radars modernes utilisent des longueurs d’onde plus courtes (quelques centimètres, voiremoins) qui peuvent voir des objets plus petits, comme la pluie ou les insectes.Les ondes radio courtes sont réfléchies par les courbes et des angles aigus comme la lumière sur un morceau de verrearrondi. Les cibles les plus réfléchissantes pour des courtes longueurs d’ondes présentent des angles de 90° entre leurssurfaces réfléchissantes. Une structure composée de trois surfaces planes se rejoignant en un seul coin (par exemple lecoin d’une boite) réfléchira toujours les ondes entrantes directement vers leur source. Ces types de réflexion sontcouramment utilisés comme réflecteurs radar afin de détecter plus facilement des objets difficilement décelablesautrement, et sont souvent présents sur des bateaux afin d’améliorer leur détection en cas de sauvetage et pour réduire lesrisques de collision.Pour les mêmes raisons, les objets voulant éviter d’être détectés vont orienter leurs surfaces afin d’éliminer les coinsintérieurs et éviter les surfaces et arêtes perpendiculaires aux directions de détection courantes. Cela conduit à des avionsfurtifs aux formes particulières. Ces précautions n’éliminent pas complètement les réflexions à cause du phénomène dediffraction, particulièrement pour les grandes longueurs d’onde. Des câbles ayant pour longueur la moitié de la longueur
    • d’onde ou des bandes de matériau conducteur (comme les « paillettes » de contre-mesures radar) sont très réfléchissantsmais ne renvoient pas l’onde vers sa source.Un autre façon de se camoufler est dutiliser des matériaux absorbant les ondes des radars, cest-à-dire contenant dessubstances résistantes ou/et magnétiques. On les utilise sur les véhicules militaires afin de réduire la réflexion de l’onde.C’est en quelque sorte l’équivalent de peindre quelque chose de couleur sombre dans le spectre visible.Calcul de la réflectivitéSelon léquation radar, la puissance retournée au radar depuis la cible est : Où est la puissance transmise, est la distance et est la section efface de la cible.La réflectivité étant définie comme , on voit: Que des cibles se trouvant à des distances différentes mais ayant les même caractéristiques de réflexion donneront des échos fort différents, et, dans tous les cas, beaucoup plus faibles que le signal émis. Cette équation tient compte seulement de la diminution du signal selon la distance et ne tient pas compte de latténuation causée par labsorption du milieu traversé. Que la réflectivité dépend de la section efficace qui est trouvée selon ce quon a montré antérieurement. D’autres développements mathématiques influent sur la section efficace. Ceux-ci incluent des analyses basées à la fois sur le temps et la fréquence comme la théorie des ondelettes et la transformée de Chirplet. Elles utilisent le fait que les cibles en mouvement des radars sont typiquement « chantantes » (cest-à-dire qu’elles changent leur fréquence en fonction du temps, comme le chant d’un oiseau ou des chauves-souris).PolarisationIllumination de la cible avec polarisation horizontale et verticale. Notez la forme de la cible qui donnera un retour plusintense avec londe horizontaleDans le signal émis par le radar, le champ électrique est perpendiculaire à la direction de propagation, et la direction de cechamp électrique est la polarisation de l’onde. Les radars utilisent une polarisation verticale, horizontale et circulaire pourdétecter différents types de réflexions. Par exemple, la polarisation circulaire est utilisée pour minimiser les interférences causées par la pluie. Une polarisation linéaire indique généralement des surfaces métalliques, et aide un radar de recherche à ignorer la pluie. Une polarisation aléatoire indique généralement une surface fractale, par exemple du roc ou de la terre, et est utilisée par les radars de navigation.
    • InterférencesIl existe de nombreuses sources de signaux malvenus, que les radars doivent pouvoir ignorer plus ou moins,afin de se focaliser uniquement sur les cibles intéressantes. Ces signaux malvenus peuvent avoir des originesinternes et externes, passives et actives. La capacité d’un radar à surmonter ces nuisances définit son rapportsignal sur bruit (SNR) : plus le SNR est grand, plus le radar peut séparer efficacement une cible des signauxparasites alentour.BruitLe bruit est une source interne de variations aléatoires du signal, que tous les composants électroniques génèrent de façoninhérente à différents degrés. Le bruit apparaît typiquement comme constitué de variations aléatoires superposées ausignal d’écho reçu par le radar, lequel est celui quon recherche. Plus la puissance du signal désiré est faible, plus il estdifficile de le discerner du bruit (tenter d’entendre un murmure près d’une route encombrée est similaire). Ainsi, lessources de bruit les plus importunes apparaissent au niveau du récepteur et beaucoup d’efforts sont faits pour minimiserces facteurs. La facteur de bruit est une mesure du bruit produit par un récepteur comparé à celui produit par un récepteuridéal, et ce ratio doit être minimal.Le bruit est aussi généré par des sources extérieures, principalement par les radiations thermiques naturelles del’environnement entourant la cible du radar. Dans le cas des radars modernes, grâce aux hautes performances de leursrécepteurs, le bruit interne est inférieur ou égal au bruit de l’environnement extérieur, sauf si le radar est pointé vers unciel dégagé, auquel cas l’environnement est si froid qu’il génère très peu de bruit thermique.Échos parasites Les échos dus au phénomène de trajets multiples d’une cible font apparaître des fantômes.Les échos parasites sont des retours venant de cibles qui sont par définition inintéressantes pour lopérateur radar. Lescauses de ces échos sont : Des objets naturels tels que le sol, la mer, les précipitations (telles que la pluie, la neige ou la grêle), les tempêtes de sable, les animaux (particulièrement les oiseaux), les turbulences atmosphériques, et d’autres effets atmosphériques (par exemple les chutes de météores ou les réflexions sur l’ionosphère). Des objets fabriqués par l’homme tels que les immeubles ou des paillettes métalliques lâchées intentionnellement comme contre-mesures dans la guerre électronique. Les supports du guide donde partant de lantenne vers le cornet démission situé au point focal de la parabole. Dans un affichage radar comme le PPI, ces échos indésirables ressembleront à des points très brillants au centre de l’affichage. Des réflexions venant de trajets par réflexions multiples sur une cible. Ainsi, le faisceau radar frappe une cible et comme londe émise est réfléchie dans toutes les directions, une partie peut être réfléchie sur une autre cible et retourner au radar. Comme le temps mis pour cette seconde réflexion pour atteindre le radar est plus long que le retour direct, elle sera placée au mauvais endroit. On peut ainsi obtenir deux cibles au lieu dune. Des échos de propagation anormale dans latmosphère. En effet, le trajet que doit parcourir le faisceau radar est calculé à partir dune structure normale de latmosphère. Si la température varie différemment de la norme, le faisceau sera dévié anormalement. Dans le cas où la température augmente avec laltitude (inversion de température), le faisceau est dévié vers le sol et on a un très fort retour de ce dernier. Des échos venant des réflexions/réfractions ionosphériques. Ce type de parasites est particulièrement difficile à identifier, puisqu’il est en mouvement et se comporte de la même manière que les cibles voulues, créant ainsi un fantôme.
    • Il est à noter que ce qui est un écho indésirable pour certains peut cependant être le but recherché par dautres. Ainsi lesopérateurs à laviation veulent éliminer tout ce dont on vient de parler mais les météorologistes considèrent que les avionssont du bruit et ne veulent garder que les signaux provenant des précipitations.Les échos parasites sont considérés comme une source d’interférences passive, puisqu’elles ne sont détectées quenréponse aux signaux émis par le radar. Il existe plusieurs façons déliminer ces échos. Plusieurs de ces méthodes reposentsur le fait que ces échos tendent à être stationnaires lors des balayages du radar. Ainsi, en comparant des sondages radarsuccessifs, la cible désirée sera mobile et tous les échos stationnaires pourront être éliminés. Les échos de mer peuventêtre réduits en utilisant une polarisation horizontale, tandis que la pluie est réduite avec une polarisation circulaire (notezque les radars météorologiques souhaitent obtenir l’effet inverse, utilisant donc une polarisation horizontale afin dedétecter les précipitations). Les autres méthodes visent à augmenter le rapport signal sur bruit.La méthode CFAR (Constant False-Alarm Rate, parfois appelée AGC pour Automatic Gain Control) repose sur le faitque les échos dus aux parasites sont beaucoup plus nombreux que ceux dus à la cible. Le gain du récepteur estautomatiquement ajusté afin de maintenir un niveau constant des échos parasites visibles. Les cibles ayant un retour plusimportant que les parasites ressortiront facilement de ces derniers, même si les cibles plus faibles se perdent dans le bruit.Par le passé, le CFAR était contrôlé électroniquement et affectait également tout le volume sondé. Maintenant, le CFARest contrôlé par ordinateur et peut être réglé différemment en chaque zone de laffichage. Ainsi il sadapte au niveau deséchos parasites selon la distance et lazimut.On peut utiliser également des masques de régions connues déchos parasites permanents (par ex. les montagnes) ouincorporer une carte des environs du radar pour éliminer tous les échos ayant une origine située sous le niveau du sol ouau dessus d’une certaine hauteur. Pour réduire les retours des supports du cornet démission sans diminuer la portée, il estnécessaire d’ajuster la période muette entre le moment où l’émetteur envoie une impulsion et le moment où le récepteurest activé, afin de ne pas tenir compte de retours internes à l’antenne.BrouillageLe brouillage radar se réfère aux fréquences radios originaires de sources extérieures au radar, émettant à la fréquence duradar et masquant donc les cibles intéressantes. Le brouillage peut être intentionnel (un dispositif antiradars dans le casd’une guerre électronique) ou non voulu (par exemple dans le cas de forces alliées utilisant du matériel qui émet dans lamême gamme de fréquences). Le brouillage est considéré comme une source d’interférences active, puisqu’il est causépar des éléments extérieurs au radar et généralement sans lien avec les signaux du radar.Le brouillage du lobe principal peut généralement être réduit seulement en réduisant son angle solide, et ne peut jamaisêtre complètement éliminé si le brouilleur est situé directement face au radar et s’il utilise les mêmes fréquence etpolarisation que le radar. Le brouillage des lobes latéraux peut être surmonté en réduisant les lobes de réception latérauxdans la conception de l’antenne du radar et en utilisant une antenne unidirectionnelle afin de détecter et ignorer tous lessignaux non destinés au lobe principal. On peut citer d’autres techniques antibrouillage : le Frequence hopping et lapolarisation par exemple.Traitement des signaux radarMesure de distanceTemps de retour du signal Schéma du fonctionnement dun radar météorologique de bande C à impulsionUne manière de mesurer la distance à un objet est démettre une courte impulsion de signal radio, et de mesurer le tempsque prend londe pour revenir après avoir été réfléchie. La distance est la moitié du temps de retour de londe (car le signal
    • doit aller à la cible puis revenir) multipliée par la vitesse du signal (qui est proche de la vitesse de la lumière dans le videsi le milieu traversé est latmosphère).Quand lantenne est à la fois émettrice et réceptrice (ce qui est le cas le plus courant), lantenne ne peut pas détecter londeréfléchie (aussi appelée retour) pendant que le signal est émis - on ne peut pas savoir si le signal mesuré est loriginal oule retour. Cela implique quun radar a une portée minimale, qui est la moitié de la durée de limpulsion multipliée par lavitesse de la lumière. Pour détecter des cibles plus proches, il faut utiliser une durée dimpulsion plus courte.Un effet similaire impose de la même manière une portée maximale. Si le retour arrive quand limpulsion suivante estémise, une fois encore le récepteur ne peut pas faire la différence. La portée maximale est donc calculée par: où c est la vitesse de la lumière et t est le temps entre deux impulsionsCette forme démission est utilisée par les radars à impulsions.Modulation de fréquenceUne autre façon de mesurer la distance au radar est dutiliser une modulation de la fréquence dun radar à émissioncontinue. Londe est émise par une antenne et reçue par une seconde antenne puisque le même électronique ne peutémettre et recevoir à la fois. Dans ce cas le signal émis au temps T a une fréquence A mais une fréquence B au temps Tultérieur. Le signal émis à T qui frappe une cible et revient au radar aura donc une fréquence différente de celle émise àce moment par le radar. En faisant la différence entre les deux fréquences, on peut déduire la distance parcourue, aller-retour, entre le radar et la cible. On utilise généralement une variation sinusoïdale de fréquences quil est facile de calibreret la comparaison entre les deux fréquences est faite en utilisant les battements inter-fréquentiels. Cette technique estutilisée depuis longtemps dans les altimètres pour mesurer laltitude de vol et peut être utilisée dans les radars comme lesdétecteurs de vitesse de la police routière.Cette forme démission est utilisée par les radars à émission continue.Mesure de vitesseIl existe différentes méthodes pour mesurer la vitesse de déplacement dune cible: La plus ancienne consiste à noter sa position à un instant X, à laide dun crayon gras, sur laffichage radar. À un instant Y, on refait la même chose et la différence des deux positions divisée par le temps écoulé entre X et Y donne la vitesse de déplacement. On peut également noter la variation de fréquence de londe émise par rapport à celle reçue lorsquon émet continuellement à une fréquence fixe. Il sagit là de lutilisation de lEffet Doppler-Fizeau. Comme on ne fait pas varier pas la fréquence émise, on ne peut cependant pas définir la position de la cible de cette manière. En plus, on na que la composante radiale au radar de la vitesse. Par exemple, une cible se déplaçant perpendiculaire au faisceau radar ne causera pas de changement de fréquence alors que la même cible se déplaçant vers le radar à la même vitesse aura un changement maximal. La plus courante des méthodes est dutiliser une variante de leffet Doppler avec un radar pulsé. Dans ce cas, on note la différence de phase entre les impulsions successives revenant de la cible. Cette méthode permet de déterminer la vitesse radiale ET la position de la cible.Vitesse Doppler avec radar pulséAu lieu de noter la différence de fréquence entre londe émise et celle reçue, qui peut être trop minime pour lélectronique,on utilise la différence de phase entre deux impulsions successives revenant dun même volume sondé (paire dondespulsées). Entre chaque impulsion, les cibles se déplacent légèrement et sont frappées par londe à une partie légèrementdifférente de son cycle. Cest cette différence de phase que le radar note au retour.Lintensité dune impulsion après un aller-retour est donnée par :
    • Différence de phase entre deux ondes revenant dune cible ayant bougéLintensité dune impulsion subséquente revenant du même volume sondé mais où les cibles ont légèrement bougé estdonnée par:DoncLa portée maximale et la vitesse Doppler maximale non ambigüe varient de façon inverse (rouge pour la portée et bleupour la vitesse maximale)Comme on nobtient que la composante radiale du déplacement, il faut donc le suivre pour savoir l’angle que fait savéritable direction de déplacement avec le rayon au radar. Par la suite, un simple calcul trigonométrique donne lavéritable vitesse de la cible.Dilemme DopplerIntéressons-nous maintenant à la vitesse maximale quon peut mesurer sans ambiguïté. Comme un sinus peut varier entre - et + , on ne peut mesurer une vitesse supérieure à:
    • Cest ce quon appelle la vitesse de Nyquist. Pour obtenir une meilleure détermination de la vitesse des cibles, il fautenvoyer des impulsions très rapprochées, donc avec très petit. Mais on sait également que la portée en réflectivité estdirectement proportionnelle à t, ce qui demande un grand t pour être sûr de la position des échos revenant de loin sansambiguïté. Ce dilemme Doppler limite donc la portée utile des radars Doppler à impulsions.Réduction des interférencesLe traitement du signal est nécessaire pour éliminer les interférences dûes à des sources radio autres que celle du radarainsi que les échos parasites. On utilise les techniques suivantes: Élimination en suivant seuls les échos qui bougent. Filtre des échos en utilisant leur vitesse Doppler : les échos parasites et les interférences ayant généralement des vitesses nulles. Corrélation avec radars de surveillance secondaires : il sagit dun dispositif qui envoie depuis la cible un signal lorsquil reçoit un faisceau radar. Ce signal identifie la cible et, selon le cas, son altitude et sa vitesse. Processus adaptif temps-espace : en utilisant une antenne à commande de phase pulsé et les vitesses Doppler quon en obtient, on peut analyser le spectre moyen des fréquences et en faire ressortir le pic qui indique la cible. Taux de fausse alarme constant : il sagit de déterminer le niveau de bruit moyen continuel en chaque point de laffichage radar et de noter les échos ayant un retour supérieur à celui-ci. Masque digital du terrain qui permet déliminer les échos qui se trouveraient sous le niveau du sol.ApplicationsLes premières utilisations opérationnelles du radar eurent lieu pendant la Seconde Guerre mondiale afin de détecterdepuis la côte lapproche de formations aériennes, et de navires, tant par le Royaume-Uni que par les forces allemandes.Les radars ont aujourdhui une très grande variété dapplications dans de nombreux domaines : militaire : radars de détection et de surveillance aérienne au sol ou embarqués (sur chasseurs pour le combat aérien et Système de Détection et de Commandement Aéroporté sur avions de guet (Airborne Warning And Control System (AWACS) en anglais); radars de veille surface sur navire de guerre ; radars dappontage ; identification radar (IFF) ; autodirecteurs de missiles ; radars de détection terrestre ; radar dartillerie ; brouilleurs radars ; satellites radar dobservation de la terre ; aéronautique : contrôle du trafic aérien ; guidage dapproche daéroport ; radars daltimétrie ; radars de navigation ; maritime : radar de navigation ; radars anti-collision ; balises radars ; transpondeur radar météorologie : détection de précipitations (pluie, neige, grésil, grêle, etc.) et de formations nuageuses. Les radars les plus récents utilisent leffet Doppler et sont donc capables dévaluer la vitesse de ces particules. Certains radars utilisent les polarisations verticale et horizontale pour donner une idée du mélange de formes des particules sondées ce qui, associé à leur intensité, peut indiquer le type de précipitation. circulation et sécurité routière : contrôle de la vitesse des automobiles (voir cinémomètre), le modèle classique sur les routes de France est le Miradop (mini radar doppler) utilisé par les brigades de gendarmerie. Ils sont placés sur les autoroutes, dans les zones où les véhicules roulent à une vitesse supérieure à la vitesse maximale autorisée. Radars de recul sur automobiles ; scientifique : embarqués sur satellite pour connaissance de la Terre, niveaux des océans… o Radar à synthèse douvertureUn radar à synthèse douverture (RSO) est un radar imageur qui effectue un traitement des données reçues afindaméliorer la résolution azimutale. Le traitement effectué permet daffiner louverture de lantenne. On parle donc desynthèse douverture. Doù le nom de ce type de système.
    • Les radars à synthèse douverture sont donc à opposer aux "radars à ouverture réelle" (RAR ou real aperture radar enanglais) pour lesquelles la résolution azimutale est simplement obtenue en utilisant une antenne démission/réceptionpossédant un lobe dantenne étroit dans la direction azimutale.Labréviation anglo-saxone SAR (Synthetic Aperture Radar) est fréquemment utilisée pour désigner ce type de radar.On distingue deux grandes familles de RSO : les RSO mono statiques pour lesquels une seule antenne est utilisée en émission et réception les RSO bi ou multi statiques pour lesquels des antennes différentes sont utilisées en émission et réceptionPrincipe Principe de fonctionnement du RSO. Le point P est illuminé plusieursfois par le radar en mouvement.Lantenne du radar est fixée sur une face latérale dun porteur (avion ou satellite). Elle a une ouverture azimutale assezgrande (plusieurs degrés) dans la direction du mouvement et latéralement elle peut aller de lhorizon à la verticale ce quidonne une résolution assez faible. Le temps de retour des échos seffectuant à différents temps selon leur distance auradar, on peut donc obtenir une image grossière du sol si on ne sonde que dans une direction fixe.Comme le radar se déplace, le même point est cependant illuminé plusieurs fois, on obtient une série de données pourchaque point sous le radar. En combinant la variation damplitude et de phase de ces retours, le traitement de synthèsedouverture permet dobtenir des images des zones observées comme si on utilisait une large antenne à très granderésolution. Comme le traitement se fait par transformée de Fourier, il est en général calculé en postraitement ou entraitement à distance par un ordinateur puissant.Dailleurs, avant le développement des ordinateurs récents, on utilisait une technique holographique pour traiter lesdonnées. Un spectre holographique dinterférences, ayant une échelle de projection donnée par rapport au terrain (ex.1:1,000,000 pour un radar de 0.6m de résolution) était produit à partir des données brutes du radar. Une fois illuminé parun laser ayant le même rapport déchelle, la résultante était une projection du terrain en trois dimensions, un peu commeune projection stéroscopique.Applications simplesCependant, pour les applications les plus simples, la donnée de phase est rejetée et on obtient ainsi une carte plane endeux dimensions de la zone sondée.Applications plus complexesPolarimétrie [modifier]Plusieurs images simultanées sont générées en utilisant des faisceaux polarisés différents, habituellement orthogonaux.Comme les cibles rencontrées (sol, feuillage, édifices, etc.) ont des propriétés polarisantes différentes, lintensité venantdes différentes ondes vont varier avec le type de matériel. On étudie alors les différences dintensité entre les images
    • générées à partir de ces faisceaux pour produire des cartes géomorphologiques et doccupation du terrain. On peut ainsirelever des détails non visibles à première vue comme le type de végétation ou la présence de tunnels sous le sol.Interférométrie [modifier]On utilise simultanément deux radars à synthèse douverture, ou bien le même radar est utilisé à des instants différents.On étudie alors les différences de phase point à point des images générées pour retrouver la dimension verticale duterrain. On parle alors de SAR interférométrique ou InSAR o Radar tridimensionnel à balayage électroniqueLe Radar tridimensionnel à balayage électronique1 (phased-array radar en anglais) est un radar qui utilise une antenneformée dun très grand nombre douvertures de tubes de guides dondes sur une surface plane: une antenne réseau àcommande de phase.PrincipeLe déphasage de lémission entre chacune des ouvertures permet de recréer électroniquement un spectre directionnelsimilaire à une antenne parabolique. En variant le déphasage, on change la direction sondée et on peut ainsi balayer selonla verticale et lhorizontale sans avoir à faire bouger lantenne.Ce balayage tri-dimensionnel, électronique, peut donc se faire beaucoup plus rapidement quavec un système mécanique,ce qui explique son développement pour la défense navale et aérienne. Plusieurs bâtiments des marines nationaleslutilisent comme élément des systèmes de poursuite des cibles très mobiles comme les missiles air-sol. Le radar ci-contrese trouve en Alaska et fait partie du système américain de défense anti-missiles transcontinentaux balistiques. Lensemblede ce réseau sera modernisé en utilisant ce type dantennes .Recherches Installation de lantenne dun ancien radar SPY-1A de la US Navy au National Severe Storm Laboratory,Norman OklahomaDepuis 2003, un radar tridimensionnel à balayage électronique, acheté de la US Navy par le service météo de la NOAA,est mis à lessai pour voir lutilité de ce concept dans la détection des précipitations.Lavantage de ce type dantenne serait dobtenir un sondage de latmosphère dans un temps beaucoup plus rapide quavecune antenne conventionnelle, permettant de voir lévolution des orages avec une résolution temporelle grandementsupérieure. Comme ces derniers peuvent changer de caractérisques très rapidement et donner du temps violent, lespoir estde pouvoir mieux anticiper le déclenchement des phénomènes violents (tornade, grêle, pluie torrentielle et rafalesdescendantes) et ainsi améliorer les préavis dalertes météorologiques.
    • On estime quil faudra de 10 à 15 ans pour compléter les recherches et faire les plans pour construire une nouvellegénération de radars météorologiques utilisant ce principe. Le coût estimé de cette expérience est de 25 millions USD.2 o Radar à antenne latérale o Moving Target IndicatorMoving Target Indicator (MTI) ou en français Visualisation des Cibles Mobiles (VCM) est une des fonctions offertespar certains radars. Cette fonction consiste à éliminer les échos venant des cibles fixes pour ne traiter que les échos descibles mobiles. Les cibles fixes renvoyent un écho radar à la fréquence du signal reçu, alors que les cibles mobilesmodifient la fréquence du signal renvoyé ; cet effet est connu sous le nom deffet Doppler. La différence entre lafréquence reçue et la fréquence renvoyée (telle que perçue par le radar) est fonction de la vitesse de la cible par rapport auradar.Dans le cas dun radar à impulsion, il convient toutefois de préciser la nature du signal Doppler.Signal Doppler "normal"Imaginez-vous à la plage. Vous avez les pieds dans leau et des vagues arrivent régulièrement sur vous toutes les Tsecondes. Lémetteur (Neptune dans ce cas) envoie des vagues toutes les T secondes à une vitesse c et la distance entredeux vagues est . Donc : ousi F est la fréquence des vagues. Si maintenant vous avancez dans leau à une vitesse v vous recevrez une vague avec unepériode différente T. ou ouOn appelle fréquence Doppler la différence entre F (fréquence reçue ... ici par vous) et F (fréquence émise ..... ici parNeptune)Si vous avancez dans leau, la fréquence Doppler sera positive. Si vous allez vers la plage la fréquence reçue sera pluspetite que F et la fréquence Doppler sera négative. (Une fréquence négative est une fréquence "normale" de phaseinversée de par rapport à celle définie comme positive)On constate que la fréquence Doppler apparaît quand il y a un mouvement relatif de rapprochement ou déloignemententre lémetteur et le récepteur. Supposons que vous puissiez renvoyer les vagues reçues à Neptune (toujours en avançantdans leau à la vitesse v). Vous ne pouvez renvoyer que ce que vous recevez, donc des vagues à la fréquence F. Neptunerecevra alors des vagues à la fréquence F".En remplaçant F par sa valeur :Si on suppose que c est beaucoup plus grand que v, ce qui est le cas pour les ondes électromagnétiques, le troisième termeest négligeable devant les deux premiers. La fréquence Doppler liée à votre déplacement, perçue par lémetteur, sera ladifférence de fréquences entre celle quil a émise et celle quil recevra.
    • Fréquence Doppler pour un radar à impulsionsLimpulsion radar dure en moyenne 1 sec.La fréquence démission est généralement comprise entre 1 et 16 gigahertz. Pour le calcul suivant, supposons 16 gigahertz(16.000.000.000 hertz)La vitesse dune cible peut atteindre 2000 km/h soit 0,5 km/sec.La vitesse de la lumière est 300.000 km/secLa fréquence Doppler reçue sera alors : hertzLe signal reçu a donc une période de 6,25*10^-5 sec (linverse de 53.330+16*10^9). On constate que cette période estplus petite que la durée de limpulsion émise (1 sec). La fréquence Doppler ne peut donc pas être analysée sur uneimpulsion. Remarquons que les valeurs choisies dans le calcul précédent sont "limites" : dans la réalité, les avions vontsouvent moins vite et leur trajectoire nest pas forcément dans laxe du radar. De plus les fréquences démission peuventêtre plus basses surtout pour les radars de veille (généralement 1 à 3 gigahertz) .... le 16 gigahertz est courant pour lesradars de poursuite qui ont une impulsion plus courte que 1 sec.LA DIFFERENCIATION ENTRE CIBLE FIXE ET MOBILE NE PEUT SE FAIRE PAR LANALYSE DE LAFREQUENCE DOPPLER PORTEE PAR LECHO RENVOYE PAR LA CIBLE.Comment le radar peut-il retrouver la fréquence Doppler ?PrincipeSupposons que le radar possède un oscillateur local de fréquence F. Supposons que lémission soit générée en prélevantun échantillon (d1 sec) de cet oscillateur. Cet échantillon porteur de la phase de loscillateur local au moment delémission parcourt laller/retour entre le radar et la cible. Le radar recevra lécho un temps 2D1 / c après lémission. D,étant la distance entre le radar et la cible. Supposons que cet écho soit démodulé en phase par loscillateur local. LESIGNAL DEMODULE EST ALORS PORTEUR DE LINFORMATION "DIFFRERENCE DE PHASE DELOSCILLATEUR LOCAL ENTRE LEMISSION ET LA RECEPTION". On peut calculer ce déphasage :Le signal écho se présente alors, après cette démodulation, comme une impulsion positive, négative ou nulle suivant ledéphasage perçu.ON GARDE EN MEMOIRE CE SIGNAL. Le radar émet une nouvelle impulsion et reçoit à nouveau un écho. Ladistance de la cible est maintenant 2D2 et :ON COMPARE et en faisant simplement une soustraction. Si le résultat est nul, cest que 2D2 égale 2D1 etque la cible est fixe. Sinon, cest que la cible a bougé. Calculons cette différence et voyons comment on retrouve lafréquence Doppler.
    • Si v est la vitesse de la cible D2 D1 est la distance parcourue entre les deux émissions (une réccurence Tr) à une vitessev.D2 D1 = vTrDonc :Comme, par définition, une fréquence a la dimension dune différence de phases divisée par le temps entre les deuxphases prises en compte ( ici Tr), on retrouve la fréquence Doppler :En fait tout ce passe comme si le radar prélevait des échantillons de la fréquence Doppler.Mais est-ce la véritable fréquence Doppler ? Théorème de ShannonOn retrouve ici les problèmes déchantillonnage. Il est évident que le radar se comporte comme un stroboscope pour lacible. Imaginez un stroboscope qui éclaire tous les temps Tr une roue de bicyclette dont un rayon serait peint en blanc. - Sile rayon a fait moins dun demi-tour entre deux éclairs, on verra tourner la roue dans le bon sens et à sa véritable vitesse.La fréquence de la roue est alors plus petite que la moitié de la fréquence du stroboscope. On peut écrire :Si alors Fmesure = Froue- Si le rayon a fait un peu plus dun demi-tour entre deux éclairs, on verra tourner la roue en sens inverse. La fréquence dela roue est alors plus grande que la moitié de la fréquence du stroboscope. La fréquence perçue est "négative" par rapportà la fréquence réelle et inférieure en valeur absolue à la moitié de la fréquence du stoboscope.Si alors- Si le rayon a fait un nombre entier de tours entre deux éclairs, la roue paraîtra fixe (vitesse ou fréquence aveugle).- Si le rayon a fait plusieurs tours plus une portion de tour, on verra toujours tourner la roue à une fréquence compriseentre etPour nous, la fréquence du stroboscope est la fréquence de récurrence du radar Fr qui est de lordre de kilohertz (si onadmet que le temps Tr est de lordre de la milliseconde. Donc, si la fréquence Doppler ne correspond pas à un multiple dela fréquence de récurrence, on verra un signal, et la vitesse perçue sera plus faible que la vitesse réelle de la cible. Cela napas dimportance car cest suffisant pour décréter que la cible bouge. Un problème apparaît quand la fréquence Dopplerest un multiple exact de la fréquence de récurrence : la cible mobile paraît fixe. Pour éliminer ce problème il suffit dewobuler la fréquence de récurrence, cest-à-dire de modifier la fréquence de récurrence à chaque émission.La démodulation réelleNous avions présenté le principe en imaginant UN OSCILLATEUR. En fait, il y en a deux. Un premier (hyperfréquence)sert au changement de fréquence dans le récepteur. Il transforme lécho hyperfréquence en écho moyenne fréquence. Onlappelle oscillateur local Le second (moyenne fréquence) sert à réaliser la démodulation finale pour transformer lécho
    • moyenne fréquence en impulsion continue. Cest cette impulsion qui peut être positive, négative ou nulle. Quand cetoscillateur est "libre", on lappelle "coho" (oscillateur cohérent). Il est asservi en fréquence et en phase par limpulsionémission (voir boucle CAF). Dans les radars entièrement cohérents, il ny a pas de problème dasservissement car cest unseul oscillateur qui génère toutes les fréquences dont le radar a besoin : fréquence de lémission, de loscillateur local, deloscilateur moyenne fréquence, de la réccurence (la synchro radar), et toutes les synchros nécessaires.Dans le paragraphe précédent on descendait brutalement de la table au sol. Ici on fait la même chose en se servant dunemarche intermédiaire.Le filtre MTI ... le plus simpleLe filtre MTI de base peut se décrire de la façon suivante: un soustracteur qui réalise la différence entre les niveaux deséchos démodulés de la réccurence en cours et les niveaux des échos démodulés de la réccurence précedente. Les échosdémodulés de la réccurence précédente ont été mis en mémoire dans des RAM (random acces memory) ou dans ce quonappelait autrefois "une ligne à retard dune réccurence". Tandis que cette RAM se décharge de la réccurence précédentesur le soustracteur , elle se charge de la réccurence en cours et ainsi de suite. En "filtrage numérique" un tel filtre sappelle"filtre SINUS". En général, les filtres MTI sont plus complexes mais réalisent toujours cette soustraction. Radar météorologiqueUn radar météorologique est un type de radar utilisé en météorologie pour repérer les précipitations, calculer leurdéplacement et déterminer leur type (pluie, neige, grêle, etc.). La structure tridimensionnelle des données obtenues permetégalement dinférer les mouvements des précipitations dans les nuages et ainsi de repérer ceux qui pourraient causer desdommages. Enfin, les précipitations servant de traceurs, on peut en déduire la direction et la vitesse des vents dans labasse atmosphère. Tour et pose du radôme du nouveau radar météorologique de King City, Canada.Petite histoire En 1864, James Clerk Maxwell décrit les lois de l’électromagnétisme ce qui permet pour la première fois de travailler sur leur source. En 1889, Heinrich Rudolf Hertz montre que les ondes électromagnétiques sont réfléchies par les surfaces métalliques. Début XXe siècle siècle, plusieurs inventeurs, scientifiques, et ingénieurs ont contribué au développement du radar: Développement de la radio et de la TSF (par Marconi, entre autres), donc des antennes En 1904, le dépôt du brevet du « Telemobiloskop » (Reichspatent Nr. 165546) par lallemand Christian Hülsmeyer 1, qui a démontré la possibilité de détecter la présence de bateaux dans un brouillard très dense. En 1917, Nikola Tesla établit les principes théoriques ( fréquences et niveaux de puissance) du futur « radar » 2 Dans les années 1920: expériences de détection avec des antennes. Problème de longueur donde et de puissance. En 1934, faisant suite à une étude systématique du magnétron des essais sur des systèmes de détection par ondes courtes sont menés en France par la CSF (16 et 80 cm de longueur donde) selon les principes de Nikola Tesla, un brevet est déposé (brevet français 3 n° 788795). Cest ainsi que naquirent les « radars » à ondes décimétriques. Le premier équipa en 1934 le cargo Orégon suivi 1935 par celui du paquebot Normandie
    • Émetteur à magnétron Récepteur séparé En 1935, faisant suite à un brevet déposé par Robert Watson-Watt (l’inventeur dit « officiel » du radar)(brevet britannique 3 4 GB593017) le premier réseau de radars est commandé par les Britanniques Le hongrois Zoltán Lajos Bay 5 a produit un autre des premiers modèles opérationnels en 1936 dans le laboratoire de Tungsram (Hongrie).Durant la Seconde Guerre mondiale, les opérateurs des radars micro-ondes des armées alliées remarquèrent de lacontamination qui s’avéra être des échos venant de la précipitation (pluie, neige , etc.).Juste après la guerre, les scientifiques militaires, qui avaient déjà commencé leur recherche sur les phénomènesrapportés, ont continué leur travail tant dans la vie militaire que civile. Aux États-Unis : David Atlas6, pour le groupe de l’armée de l’air et plus tard avec le MIT. Ils ont développé les premiers radars météorologiques opérationnels. Au Canada : J.S. Marshall et R.H. Douglas forment le « Stormy Weather Group »7 à l’Université McGill de Montréal. Marshall et son étudiant Walter Palmer sont reconnus pour avoir travaillé sur la distribution du diamètre des gouttes dans les précipitations ce qui a mené à la relation entre la réflectivité (Z), le retour d’intensité de la précipitation, et le taux de précipitation (R) au sol communément appelé relation Z-R. En Grande-Bretagne, les recherches se poursuivent pour relier les caractéristiques des échos au spectre des précipitations et sur les possibilités qu’offrent les différentes longueurs donde entre 1 et 10 centimètres. Entre 1950 et 1980, les différents services de météorologie à travers le monde construisent des radars météorologiques pour suivre la précipitation par sa réflectivité. D’abord ces radars furent pour usage local dans les grands centres avec un nombre limité d’angles. Ils étaient opérés en temps réel par les météorologistes qui devaient suivre les échos sur des écrans cathodiques. Dans les années 1970, les différents radars commencent à être organisés en réseaux avec un début de standardisation. Les premiers systèmes de capture des images ont été développés. Le nombre d’angles sondés augmente ce qui permet d’obtenir un volume de données en trois dimensions. Les coupes horizontales (CAPPI) et verticales sont développées. On étudie ainsi la structure des orages et autres nuages (entre autre par Isztar Zawadski). Les groupes de recherche se sont multipliés à travers le monde, en particulier le NSSL aux États-Unis en 1964, qui commencent à expérimenter sur la variation de la polarisation du signal radar ainsi que sur l’utilisation de l’effet Doppler. Entre 1980 et 2000, les réseaux de radars météorologiques se généralisent en Amérique du Nord, en Europe, au Japon et dans certains autres pays. Les radars conventionnels sont remplacés par des radars pouvant détecter non seulement l’intensité des précipitations mais également leur vitesse de déplacement (effet Doppler). Aux États- Unis, l’implantation de ces radars de longueur d’onde de 10 cm appelé NEXRAD ou WSR-88D commence en 1988 et se termine au début des années 90. Au Canada, le premier radar Doppler est celui de 10 centimètres à l’Université McGill en 1993 et le second à King City (un radar de 5 centimètres), au nord de Toronto. Le réseau canadien de radars météorologiques est modernisé en ce sens à partir de 1998. La France (réseau ARAMIS) et les autres pays européens se convertissent à la fin des années 1990 et après 2000. Le développement fulgurant de l’informatique permet de traiter les données radars en temps réel pour faire une multitude de produits directs (CAPPI, PPI, cumul de précipitations, etc.) mais également des algorithmes qui permettent de repérer les précipitations dangereuses (orages, pluie diluvienne, rafales sous les nuages, etc.) et de prévoir à court terme leur déplacement. Après 2000, les recherches qui ont été effectuées sur la double polarisation du signal radar commencent à trouver des applications pratiques dans la détection du type de précipitations. La France8, le Canada, les États-Unis, l’Australie et d’autres ont transformé certains de leur radars pour utiliser ce concept en mode pré-opérationnel. Des recherches sont en cours depuis 2003 pour utiliser des antennes réseau à commande de phase assemblés en radar tridimensionnel à balayage électronique pour remplacer le sondage mécanique en balayage électronique, donc plus rapide.
    • Principes du radar météorologiqueÉmission d’une onde électromagnétique pulsée (impulsion de l’ordre de la microseconde) Trajectoire du faisceau radar et volume sondéUne impulsion est produite par un oscillateur, envoyé à travers un tube guide d’onde à une antenne parabolique qui ellel’émet vers la précipitation. Chaque impulsion sonde un volume de cibles qui est égal à (h est largeur delimpulsion, r la distance au radar et angle d’ouverture du faisceau). Cependant, comme on ne peut distinguer le retourdu front de l’impulsion et celui de sa fin au-delà de h/2, la résolution est la moitié du volume.Avec les dimensions typiques dun faisceau radar, le volume sondé varie donc de 0,001 km³ (à 10 km de distance) jusquà1 km³ (à 200 km). Comme les intensités reçues dans chacun de ces volumes viennent de lensemble des cibles, le faitquils augmentent avec la distance veut dire que le retour est une moyenne sur une variété dintensités de plus en plusgrande.Dautre part, le retour sera inversement proportionnel à selon léquation du radar pour cibles volumiques. Donc pourcomparer des échos venant de deux distances différentes, il faudra normaliser leur intensité en accord avec ce rapport.Temps d’écoute (généralement de l’ordre de 1 ms)Calcul de la hauteur des échosEntre chaque impulsion, lantenne et le circuit électronique sont mis à l’écoute de l’impulsion de retour. Les échos serontdonc notés en distance par: (c = vitesse de la lumière).Donc la distance maximale quon peut sonder sans ambiguïté dépend du utilisé entre deux impulsions subséquentes.La position de tout retour qui arrive dune première impulsion, APRÈS que soit partie une seconde, sera mal interprétéecomme revenant de cette dernière.En plus de la distance, on peut calculer la hauteur au-dessus du sol où se trouvent les cibles. Cela se calcule enconnaissant l’angle d’élévation du radar et en tenant compte de la stratification des couches de l’atmosphère qui faitcourber le faisceau par changement de l’indice de réfraction.
    • Stratégie de sondage [modifier]Après avoir effectué une rotation complète à un angle d’élévation donné, l’antenne parabolique sera haussée à un anglesupérieur et effectuera une autre rotation. Ce scénario se répétera sur plusieurs angles de telle façon que le radareffectuera un balayage en trois dimensions de l’atmosphère en 5 ou 10 minutes. On aura ainsi une idée des précipitationsdepuis un niveau près sol jusqu’à environ 15 à 20 km d’altitude et sur 250 km de distance.Angles typiquement sondés au Canada. Les lignes en zig-zig représentent les données de deux CAPPI à 1,5 et 4 kmdaltitudeÀ cause de la courbure de la Terre et du changement d’indice de réfraction de l’air avec l’altitude, qui affecte latrajectoire du faisceau radar, le sondage ne pourra pas « voir » sous une certaine hauteur qui dépend de la distance auradar et de l’angle minimal utilisé. Il ne pourra également pas « voir » plus près du radar que la trajectoire de l’anglemaximal utilisé. La figure à gauche montre la hauteur versus la distance d’une série d’angles typiquement utilisés par unradar météorologique canadien. Ils vont de 0,3 à 25 degrés.Types de donnéesRéflectivité (en décibel ou dBZ) [modifier] L’écho de retour réfléchi par les cibles est également analysé pour son intensité afin d’établir le taux de précipitation dans le volume sondé. On utilise une longueur d’onde radar entre 1 et 10 cm afin que le retour agisse selon la loi de Rayleigh (intensité proportionnelle à une puissance du diamètre de la cible en autant que le diamètre des cibles (pluie, flocons, etc.) soit beaucoup plus petit que la longueur d’onde du faisceau radar). C’est ce qu’on nomme la réflectivité (Z).Cette intensité varie en fait comme la 6e puissance du diamètre des cibles de diamètre D et le carré de leur constantediélectrique. La distribution des gouttes (N[D]) est celle dun fonction Gamma tronquée 9 ce qui donne:Comme le taux de précipitation (R) est égal au nombre de particules, leur volume et leur vitesse de chute (v[D]):On voit que Z et R sont reliés par:où a et b dépendent du type de précipitations (pluie,neige, convective ou stratiforme) qui ont des , K, N0 et v différents L’antenne tourne sur son axe à un angle d’élévation donné mais émet un grand nombre d’impulsions dans chaque angle de visée. La RÉFLECTIVITÉ revenant de chaque impulsion pour chacun des volumes de cibles est donc notée pour calculer une intensité moyenne de sondage pour ce volume.
    • La variation de diamètre et la constante diélectrique entre les différents types de précipitations (pluie, neige, bruine, grêle, etc.) est très grande, la RÉFLECTIVITÉ est exprimée en dBZ (10 fois le logarithme du rapport entre le retour et une constante qui correspond au retour que donnerait une volume remplie de gouttelettes de pluie de 1 mm de diamètre avec une certaine densité)Vitesse DopplerRadar pulséÀ proprement parler, la différence de fréquence générée, selon leffet Doppler traditionnel, par le déplacement des gouttesde pluie ou les flocons de neige est trop petite pour être notée par linstrumentation électronique actuelle. En effet, lesfréquences utilisées sont de lordre de 109 Hz (longueurs donde 5 à 10 cm) et les vitesses des cibles de 0 à 70 m/s ce quidonne un changement de fréquence de seulement 10-5%. On utilise donc à la place la différence de phase entre deuximpulsions successives revenant dun même volume sondée (paire dondes pulsées). Entre chaque impulsion, les cibles sedéplacent légèrement créant cette différence de phase. Lintensité dune impulsion après un aller-retour est donnée par :Différence de phase entre deux ondes revenant dune cible ayant bougéeLintensité dune impulsion subséquente revenant du même volume sondé mais où les cibles ont légèrement bougé estdonnée par:DoncDilemme Doppler
    • La portée maximale et la vitesse Doppler maximale non ambigüe varient de façon inverse (rouge pour la portée et bleupour la vitesse maximale)Regardons maintenant la vitesse maximale quon peut mesurer sans ambiguïté. Comme un Sinus peut varier entre - et , on ne peut noter une vitesse supérieure à:Cest ce quon appelle la vitesse de Nyquist. Pour obtenir une meilleure détermination de la vitesse des cibles, il fautenvoyer des impulsions très rapprochées, donc avec très petit. Mais on sait également que la portée en réflectivité estce qui demande un grand t pour être sûr de la position des échos revenant de loin sans ambiguïté. Ce dilemme Dopplerlimite donc la portée utile des radars qui utilise cet effet. Il faut donc faire un compromis qui en général fait que les radarsDoppler ont une portée utile de 100 à 150 km.InterprétationExemple idéalisé de sortie Doppler. Les vents sapprochant sont en bleu et ceux sortant en rouge selon la conventionhabituelle. Remarquez la variation sinusoïdale de la vitesse lorsquon se déplace sur 360 degrés le long dun descercles(Source: Environnement Canada).Cette vitesse est appelée la vitesse Doppler. Elle ne donne que la composante radiale du déplacement. Cependant, il estpossible de déduire avec une certaine précision les vraies vitesses et directions si lécran est suffisamment rempli deprécipitations. Pensons à une pluie dautomne qui dure toute la journée et qui se déplace uniformément douest en est. Lefaisceau radar pointant vers louest verra donc les gouttes sapprocher de lui et linverse quand il pointe vers lest. Parcontre, quand le radar pointe vers le nord et le sud, les gouttes ne se rapprochent, ni ne séloignent de lui car elles passentperpendiculairement au faisceau. Donc la vitesse notée sera nulle.Si on se rappelle que le radar tourne sur 360 degrés, il verra donc toutes les composantes de projection de la vitesse de cesgouttes sur son axe de visée. Lensemble des vitesses sur un tour complet prendra les valeurs dun cosinus. Fort de cela, on
    • peut donc déduire la direction et la vitesse des précipitations (+/- celle du vent).On a cependant négligé la vitesse de chute des gouttes mais elle est faible pour les angles délévation sous 3 degrés àlintérieur de 150 km du radar ce qui sont le plus souvent les angles recherchés. Un regard plus en hauteur doit en tenircompte.PolarisationEn général, la plupart des hydrométéores ont un axe plus grand selon l’horizontale (ex. les gouttes de pluie deviennentoblates en tombant à cause de la résistance de l’air). L’axe dipolaire des molécules d’eau a donc tendance à s’aligner danscette direction et le faisceau radar sera généralement sera polarisé horizontalement pour tirer profit d’un retour maximal.Si on envoie en même temps une impulsion avec polarisation verticale et une autre avec polarisation horizontale, onpourra noter une différence de plusieurs caractéristiques entre ces retours comme leur intensité (Zdr), leur différence dephase ( dp), leur corrélation d’un pulse à l’autre ( hv), etc. Les radars dits POLARISÉS qui utilisent ce type de sondagepeuvent donc obtenir des indications sur la forme des cibles ainsi que sur le mélange de formes. Ceci peut être utilisé, enplus de l’intensité du retour, pour une identification directe du type de précipitations (pluie, neige, grêle, etc.) grâce à unalgorithme 10.NCAR aux États-Unis, a été un des centres pionniers dans ce domaine avec Dusan S. Zrnic et Alexandre V. Ryzhkov. LeNOAA met à lessai depuis le début des années 2000 un radar opérationnel de ce type et pense équiper tout son réseaudici la fin de cette décennie. Luniversité McGill (Montréal, Canada) a également un radar qui en est équipé et dont lesdonnées sont utilisées opérationnellement par Environnement Canada. EC a un autre radar polarisé à King City enbanlieue nord de Toronto en mode développement. Finalement, Météo-France pourrait avoir ses premiers radars polarisésen 2008.Animations Boucle de PPIs de réflectivité (en dBZ) montrant lévolution dun ouragan (NOAA)Tous les produits dérivés des données radar peuvent être animées. Lutilisateur peut ainsi voir lévolution du spectre deréflectivités, de vitesses, etc. et en tirer des informations sur le déplacement et la dynamique du phénomènemétéorologique observé.Par exemple, on peut extrapoler le déplacement pour prévoir à court terme larrivée de la pluie sur une ville dintérêt. Onpeut remarquer également le développement ou la diminution des précipitations.Dans les sections suivantes, nous parlerons des différents types de retours au radar qui ne proviennent pasdhydrométéores et qui nuisent à linterprétation. Un animation est très utile pour repérer les plusieurs artéfacts nonmétéorologiques car ces derniers ont un comportement soit aléatoire (bruit, propagation anormale) ou ne bougent pas(échos de sol).Mosaïques de radars [modifier]Les données dun seul radar météorologique sont utiles si on ne regarde quà courte portée et sur un temps assez court.Cependant, pour bien voir le déplacement des précipitations, les sorties de plusieurs radars doivent être mis en réseau surune carte mosaïque. Comme les différents radars peuvent avoir des caractéristiques différentes, dont leur calibration, etavoir des zones de recoupement, il faut prévoir un arbre de décision pour choisir quelque valeur mettre en un point defaçon à avoir un continuum.Pour les radars qui peuvent avoir une certaine atténuation dans les précipitations fortes, comme ceux de 5 cm de longueurdonde, on mettra en général la donnée du radar ayant le plus fort retour en un point si deux radars couvrent cet endroit.Pour les radars nayant pas datténuation notable, comme ceux de 10 cm, on mettra plutôt la valeur du radar le plus près.
    • Ceci peut également varier entre lhiver et lété. Dans le premier cas, il peut y avoir beaucoup de différence de position dûau transport par les vents et de variations du taux de précipitations par sublimation (virga). Cela peut donner à une grandedifférence entre le niveau de la donnée du radar et le sol.Algorithmes automatiquesLe carré est mis par le programme de traitement lorsquil a repéré une rotation sur les données Doppler. A noter que ceciest un zoom dune région et que le doublet de rotation (vert-jaune) a moins de 10 km de rayon (Source: EnvironnementCanada).Pour mieux repérer les informations contenus dans les données dun radar, divers algorithmes informatiques ont étédéveloppés. En effet, un météorologiste à lœil averti et avec beaucoup dexpérience pourra interpréter ces sorties maiscertains détails demande trop dattention. Ceci est particulièrement vrai des données Doppler qui ne donnent que lacomposante radiale.Les principaux algorithmes de réflectivité sont: La quantité de précipitation totale (VIL en anglais) dans la colonne ce qui permet de repérer les nuages les plus importants comme les orages. Celui de Rafale Potentielle qui relie le VIL et la hauteur du sommet des échos radar. Plus la quantité deau se concentre dans le nuage, plus la rafale sera forte lorsque le cœur des précipitations descendra. Présence de grêle.Les principaux algorithmes pour les vitesses Doppler (voir algorithmes Doppler): Repérage des rotations dans les orages. Avec un radar météorologique on ne peut voir les tornades, car elles sont plus petites que la résolution habituelle, mais on peut voir se former dans les cellules orageuses les rotations qui pourront se concentrer en tornade si les conditions sont favorables. Repérage du cisaillement des vents dans les bas niveaux qui donne une idée où se produisent des rafales importantes.Linterprétation des données radar dépend de plusieurs hypothèses qui ne sont pas toujours remplies:
    • Atmosphère standard Obéissance à la loi de Rayleigh et relation directe entre le retour et le taux de précipitation Le volume sondé par le faisceau est rempli de cibles (gouttes, flocons, etc.) météorologiques, toutes du même type et à une concentration uniforme Aucune atténuation Aucun phénomène damplification Les lobes latéraux sont négligeables. La forme du faisceau à mi-puissance peut être représentée de façon approximative par une courbe gaussienne. Les ondes incidentes et rétrodiffusées sont polarisées linéairement. La diffusion multiple est négligeable (pas de retour à multiples réflections sur différentes cibles).Le faisceau radar se propage dans latmosphère et rencontre bien des choses en plus de la pluie ou de la neige. Il faut doncsavoir reconnaître la signature de ces artéfacts pour pouvoir interpréter correctement les données.Propagation anormale (atmosphère non standard)Lon prend comme hypothèse que le faisceau radar se déplacera dans une atmosphère standard où la température diminueselon une courbe normale avec laltitude. Le calcul de la position des échos et leur altitude dépend de cette hypothèse.SuréfractionIl arrive souvent que des inversions de températures se produisent à bas niveau (ex. refroidissement nocturne par cielclair) ce qui change la stratification de lair. Lindice de réfraction de lair, qui dépend de la température, de la pression etde lhumidité, change donc anormalement. Il augmente au lieu de diminuer dans la couche en inversion de température cequi fait recourber le faisceau radar vers le sol. Cela a pour effet que le faisceau frappe le sol et retourne au radar. Commece dernier sattend à un retour dune certaine hauteur, il place erronément lécho.Ce type de faux échos est facilement repérable en regardant une séquence dimages sil ny a pas de précipitations. On yvoit dans certains endroits des échos très forts qui varient dintensité dans le temps sans changer de place. De plus, il y aune très grande variation dintensité entre points voisins. Comme cela se produit en inversion nocturne, le tout commenceaprès le coucher du soleil et disparaît au matin.Par contre, si linversion est due à une inversion pré-frontale (front chaud), il peut y avoir de la précipitation mêlée avec lapropagation anormale ce qui rend la détection plus problématique.Lextrême de ce phénomène se produit quand linversion est si prononcé et sur une mince couche que le faisceau radardevient piégé dans la couche en guide donde et rebondit plusieurs fois au sol avant de revenir au radar. Ceci crée deséchos de propagation anormale en bandes concentriques multiples.Infra-réfractionSi lair diminue de température plus rapidement que dans latmosphère standard, comme dans une situation dair instable(convection), leffet inverse se produit. Le faisceau radar est alors plus haut que lon pense. Cette situation est difficile àrepérer.Des cibles hors de la loi de RayleighUne des hypothèses de linterprétation radar est que le retour des cibles est proportionnel au diamètre des cibles. Ceci seproduit quand les gouttes sont de lordre de 10 fois inférieures à la longueur donde utilisée. Si les cibles sont trop petites,le dipôle des molécules deau contenues dans la cible (ex. gouttelettes de nuage de quelques microns de diamètre) seratrop petit pour être excité et le retour sera invisible pour le radar.Si par contre, si la cible sapproche de la longueur donde (ex. grêle de 5 cm), le dipôle de la cible sera excité de façon nonlinéaire et le retour ne sera plus proportionnel. Cette zone est appelée la diffusion selon la théorie de Mie.Donc un radar météorologique opérationnel (5 et 10 cm en général) ne peut percevoir la bruine ou les nuages. Dun autrecôté, si la réflectivité dépasse 50 dBZ, il est très probable que nous ayons affaire à de la grêle mais on ne peut en préciserle taux de précipitation.
    • Volume sondé non rempli et gradients de réflectivité Vue par un profileur à grande résolution et par un radarmétéorologique typique.Le faisceau radar a une certaine largeur et on prend des données avec un nombre défini dimpulsions sur chaque angle devisée ainsi quà des angles délévation discrets. Il en résulte que nous avons des données qui moyennent les valeurs deréflectivité, de vitesse et de polarisation sur des volumes de cibles. Plus on est loin, comme on la vu plus haut, plus cevolume est grand.Dans la figure ci-contre, on voit en haut une coupe verticale effectuée lorsquun orage est passé au-dessus dun profileurde vents. Ce dernier a une résolution de 150m selon la verticale et de 30m selon lhorizontale ce qui fait quon peut voirénormément de détails. On peut entre autre voir que la réflectivité change rapidement à certains endroits (gradient).Comparons cette image à celle du bas, simulée à partir des caractéristiques dun faisceau radar météorologique de 1 degréde largeur, à une distance de 60 km. On voit très clairement la dégradation qui est particulièrement importante dans leszones où le gradient est fort. Ceci montre comment les données des radars peuvent facilement déroger de lhypothèse quele volume sondé est rempli de cibles, uniformément disposées.Cibles non météorologiquesEn plus de la pluie, de la neige, du verglas et autres précipitations, le radar météorologique peut recevoir des échosprovenant dautres sources. Les principaux polluants des données sont: Les oiseaux, surtout en temps de migration. Les insectes à très basse altitude. Les leurres électroniques que peuvent laisser tomber des avions militaires. Les obstacles solides comme les montagnes, les édifices, les avions. La réflection venant de plans deau à angle rasant.Chacun de ces artéfacts a des caractéristiques propres qui permettent de les reconnaître de la vraie précipitation pour uneœil averti. Nous verrons plus bas quil est possible en combinant la réflectivité, les vitesses Doppler et la polarisation deles filtrer.Atténuation
    • Exemple de forte atténuation par une ligne dorages passant au-dessus dun radar de 5 cm de longueur donde (flècherouge). Source: Environnement CanadaToute onde électromagnétique peut être absorbée en passant dans un milieu quelconque car elle excite les molécules quile composent. Cela peut donc enlever une partie des photons pour faire changer le niveau énergétique du milieu. Lair esttrès peu absorbant mais la molécule deau lest. Plus la longueur donde porteuse du faisceau radar se rapproche de celledes gouttes deau (0,1 à 7 millimètres), plus le dipôle de ces molécules sera excité et plus londe sera atténuée par laprécipitation rencontrée.En conséquence, les radars météorologiques utilisent généralement une longueur donde de 5 cm ou plus. À 5 centimètres,lors de pluies intenses, on note une perte de signal en aval de celles-ci sur limage radar (voir image). Latténuation estcependant de nulle à acceptable dans des précipitations faibles à modérées et dans la neige. Cest pourquoi la plupart despays des régions tempérées (Canada et une bonne partie de lEurope) utilisent cette longueur donde. Elle nécessite unetechnologie moins coûteuse (magnétron et de plus petite antenne). Les nations ayant une prédominance dorages violentsutilisent une longueur donde de 10 centimètres qui est atténuée de façon négligeable dans toutes les conditions mais estplus coûteuse (klystron). Cest le cas des États-Unis, de Taïwan et dautres.Les longueurs donde plus courtes sont fortement atténuées, même par pluie modérée, mais peuvent avoir une certaineutilité à courte portée, là où la résolution est plus fine. Certaines stations de télévision américaines utilisent des radars de 3centimètres pour couvrir leur auditoire en plus du NEXRAD local.Bandes brillantesEn haut, CAPPI de 1,5km daltitude fortement contaminé par la bande brillante (en jaune) visible dans la coupe verticaledu bas (Source: Environnement Canada).Comme nous lavons vu antérieurement, le retour de réflectivité est proportionnel au diamètre et à la constantediélectrique de la cible. Entre un flocon de neige et une goutte de pluie de même masse, il y a une différence importantede ces deux variables mais dans le sens inverse. Ainsi le diamètre dun flocon est beaucoup plus grand que celui de lagoutte mais la constante diélectrique est beaucoup plus petite. Lorsque lon calcule le Z de chacune de ces deux cibles, onse rend compte que la différence est denviron 1,5 dBZ en faveur de la goutte.Lorsque de la neige, en altitude, descend vers le sol et rencontre de lair au-dessus du point de congélation, elle setransforme en pluie. Donc on sattend à ce que la réflectivité augmente denviron 1,5 dBZ entre une donnée radar prisedans la neige et une prise dans la pluie. À laltitude où la neige commence à fondre, il y a cependant un rehaussement desréflectivités jusquà 6,5 dBZ. Quarrive-t-il?À ce niveau, nous avons affaire à des flocons mouillés. Ils ont encore un diamètre important, se rapprochant de celui desflocons de neige, mais leur constante diélectrique sapproche de celle de la pluie. Nous avons alors les deux facteursfavorisant une plus grande réflectivité et il en résulte une zone quon appelle la bande brillante. Dans les données radar,sur PPI ou CAPPI, qui croisent ce niveau lon verra alors un rehaussement des intensités des précipitations qui nest pasréel.Plusieurs techniques ont été développées pour filtrer cet artéfact par plusieurs services météorologiques.
    • Géométrie du faisceauSpectre idéalisé de la distribution dénergie dun faisceau radar (Pic central à 0 et pics secondaires à différents anglesde chaque côté de celui-ci)Le faisceau émis nest pas un pinceau comme un faisceau laser mais il a plutôt la forme dun spectre de diffraction par unefente puisque londe émise sort par la fente dun tube guide donde au point focal dune antenne parabolique. Le pic central(le faisceau radar) est plus ou moins une courbe gaussienne mais il y a des pics secondaires qui peuvent également illumerles cibles hors de laxe principal. Tout est fait pour minimiser lénergie des pics secondaires à une faible fraction du piccentral mais ils ne sont jamais nuls.Lorsque le faisceau radar passe sur un écho particulièrement fort, le retour de lénergie du pic central est dans laxe devisée. Les retours des pics secondaires arrivent, quant à eux, au même temps où le pic central illumine un autre angle devisée. Comme le récepteur note langle de visée du pic central, les retours des pics secondaires sont donc notés à unmauvais azimuth ce qui crée un faible faux retour de chaque côté de notre vrai écho.Les forts échos retournés par des collines par temps dégagé (pixels rouges et jaunes) et les retours mal placésvenant des lobes secondaires (bleus et verts)Réflections multiplesLe faisceau radar est défléchi par la cible dans toutes les directions. En général, le retour venant de réflections multiplesdans le nuage est négligeable. Dans certaines conditions où le cœur de précipitation est intense (comme la grêle), unepartie de lénergie envoyée vers le sol retournera au nuage et sera réfléchi vers le radar. On aura alors une réflection à trois
    • corps. Comme cet écho arrive plus tard que lécho initial du nuage (plus long trajet), il sera placé erronément à larrièredes vrais échos de précipitations.Solutions actuelles et futuresImage radar de réflectivité comportant de nombreux échos non météorologiques (Source: Environnement Canada).Même image radar nettoyé par utilisation de la vitesse (Source: Environnement Canada).Les deux images suivantes montrent comment on peut nettoyer une image brute de réflectivité pour trouver les vraiséchos dus à la précipitation. Ces derniers sont en général mobiles ce qui fait quen éliminant les échos dont la vitesse,obtenu par traitement Doppler, est nulle, il nous reste les vrais échos. Bien que le traitement soit complexe et noninfaillible, il donne en général des résultats très intéressants.Les problèmes dus au changement de type de précipitation, au mélange de ces derniers et aux cibles non météorologiques,comme les oiseaux, peuvent quand à eux être filtrés par lutilisation dun filtre venant des données de polarisation. Cecicommence à être fait expérimentalement et donne de bons résultats. o Profileur de ventsUn Profileur de vents est un type de radar monté verticalement utilisé en météorologie pour mesurer ladirection et la vitesse des vents.Principe de fonctionnementUn profileur de vents est un radar Doppler à très grande résolution (typiquement 100 à 200 m à la verticale et moins de100 m à l’horizontale) pointant verticalement. Il note la variation de l’indice de réfraction de l’air selon la théorie de ladiffusion de Bragg (Loi de Bragg). Cette variation est due aux turbulences de l’air en mouvement par la variation de sadensité. Lorsque l’indice change sur une distance qui correspond à la moitié de la longueur d’onde du radar utilisé, il y aun retour constructif entre les ondes revenant des zones de variation successives.
    • Les trois axes de prises de donnéesCette distance de variation est typiquement de l’ordre de quelques centimètres à quelques mètres ce qui fait qu’onutilisera une longueur d’onde de cet ordre de grandeur. Il s’agit là du même spectre que pour les radars météorologiqueset donc on suit également avec les profileurs, des cibles telles que la pluie, la neige, les insectes, les oiseaux et mêmeparfois les avions. Il faut donc filtrer ces cibles du signal désiré pour pouvoir estimer le vrai déplacement de l’air.Pour mesurer le vent horizontal, le radar est dirigé dans deux directions orthogonales l’une de l’autre à un certain angle duzénith. Par exemple, on analyse de changement Doppler des échos émis par le radar en direction nord à 30 degrés de laverticale et ensuite vers l’est pour trouver les composantes de la vitesse dans ces directions. Ensuite, on trouve la vitessede l’air selon la verticale en pointant vers le zénith. On combine les trois composantes ainsi trouvées dans l’équation decontinuité de masse pour obtenir le vent total et donc sa composante horizontale.Accessoirement, on obtient la réflectivité des hydrométéores à grande résolution et leur vitesse de chute. Cela donne uneinformation complémentaire à celle de tout radar météorologique voisin. En effet, ce dernier a moins de résolution maiscouvre une très grande région et ne voit pas la composante verticale de vitesses des particules, puisquil sondehorizontalement.Les profileurs de vents opèrent dans une large gamme de longueurs d’onde. La couche entre le sol, où la friction freine ledéplacement de l’air, et la hauteur où cette dernière devient négligeable est appelée la couche limite planétaire (CLP). Elleest de l’ordre de moins de 3 kilomètres en général. Dans cette couche, les gradients de température et d’humidité sontgrands et nécessitent une faible longueur d’onde. Les profileurs UHF (30 à 40 cm) sont donc utilisés pour cette étude. Ilssont compacts et peuvent être déplacés facilement : ils sont souvent utilisés pour des campagnes de prises de données.Les profileurs VHF (1 à 10 m) sont sensibles à des gradients de températures variant sur de plus grandes distances, doncau-dessus de la couche limite. Ils vont être utilisés pour le sondage de l’atmosphère de 2 à 16 km au-dessus du sol. Selonla longueur d’onde, leurs dimensions varient. Plus la longueur est grande plus l’antenne le sera (ex. 10 x 10 m pour unelongueur d’onde dun mètre et la grandeur d’un terrain de football pour une de 6 à 10 m) avec la même résolution.En France, les services de Météo France sont autorisés par lANFR à utiliser les bandes de fréquences suivantes pour lesradars profileurs de vent : 45,00 à 68,00 MHz ; 900,00 à 1 400,00 MHz et 35,20 à 36,00 GHz. Il existe aussi quelquesradars profileurs de vent dans la bande des 72 MHz en accord avec EDF (les services dintervention dEDF utilisent labande 72,5250 à 73,1125 MHz pour leurs radiocommunications). Radars spatiaux o Altimètre radar, voir Altimètre o Diffusiomètre Radars navals RADARS DE CONTROLE AERIEN o Radar primaireDéfinitionUn radar primaire est un capteur qui illumine une portion d’espace avec une onde électromagnétique et qui reçoit enretour les ondes réfléchies par les cibles se trouvant dans cet espace. Le terme de "radar primaire" désigne un systèmeradar utilisé pour détecter et localiser des cibles potentiellement coopératives et est spécifique au domaine du contrôleaérien où on loppose au Radar_secondaire.
    • PrincipeSon fonctionnement est basé sur le principe de l’écho, on émet une impulsion de forte puissance qui est convertie en unfront d’onde étroit qui se propage à la vitesse de la lumière (300 000 km/s). Ensuite on écoute les éventuels échos issus dela réflexion.Donc on effectue des émissions / écoute en continu, ce qui permet de couvrir l’espace sur 360°.Les fonctions du radar primaire se traduisent donc par des détections et mesures à l’aide de moyens radioélectriques, ladétection étant la décision de présence d’une cible par la reconnaissance du signal utile.On mesure avec un radar primaire :-la distance D basée sur la durée de propagation de l’onde sur son trajet aller/retour.-Un angle basé sur la position d’une antenne directive en azimut.-Une vitesse radiale par effet Doppler.On peut donc remarquer que un radar situe un objet volant sur un quart de cercle dans le plan vertical, mais on ne peut pasconnaître exactement les coordonnées géographiques horizontales, ni laltitude dun avion. Ces informations sont obtenuespar triangulation de plusieurs radars.LocalisationDistanceCest la mesure dun temps entre le moment de lémission et le moment où le signal revient après reflexion sur la cible.Pour dT = 1 micro secondes, on obtient R = 150 mètresPour R = 1 Nautique, on obtient dT = 12.35 micro secondesAzimut [modifier]Séparation [modifier]Séparation dans laxe [modifier]Séparation en azimut [modifier]volume de confusion [modifier]
    • Fluctuation de cible et diversité de fréquenceLa réponse dune cible est liée à sa surface équivalente définie dans léquation du radar qui est une composition desurfaces élémentaires. La cible étant en mouvement, cette surface équivalente évolue à chaque instant.Une surface élémentaire sk produit un signal élémentaire ek reçu au niveau du radarek = ak cos(2 f0 t + k)Le signal total sera de la forme: S = ek (somme vectorielle)Alors que les différents ak ne sont pas nuls, la somme des ek peut être nulle à cause des différences de phases k decahque terme. Le seul paramètre accessible au niveau de la station radar est la fréquence. Afin donc daméliorer ladétection, on utilise un radar avec deux émetteurs calés sur des fréquences différentes.Déformation de diagramme en présence du solDiversité de couvertureLa compression dimpulsionLa technique de la compression dimpulsion permet de concilier une grande portée et une bonne résolution sans devoirpour cela émettre une impulsion de durée très courte et de grande puissance. Le principe en est le suivant: Une impulsionextrêmement courte est présentée à lentrée dune ligne dispersive. Cette impulsion présente un spectre de fréquence trèsétendu, et la ligne dispersive apporte un retard variable en fonction de la fréquence. A la sortie de la ligne dispersive, lesfréquences de limpulsion seront donc étalées dans le temps. A la réception dun écho, il suffit de faire le traitementinverse, cest à dire, utiliser une ligne dispersive complémentaire qui présente une caractéristique inverse de La lignedispersive démission. Limpulsion est alors comprimée dans le temps. o Radar secondaireUn radar secondaire ou SSR (Secondary Surveillance RADAR) est un dispositif de contrôle aérien qui "interroge" le ciel.Le sigle IFF, (Identification Friend or Foe), désigne un dispositif électronique embarqué développé par les Alliés pendantla Seconde Guerre mondiale permettant, par interrogation radar, didentifier les aéronefs "amis" ou "ennemis".Ce dispositif a été amélioré depuis, du moins pour un usage civil, et a donné naissance aux transpondeurs (interrogationpar radar secondaire en mode A, B ou C).Suivant le mode utilisé, lopérateur radar au sol peut identifier un appareil par un code attribué à lavance (squawk) et ainsiobtenir sa position, son altitude (mode B), sa route et sa vitesse (mode C). Les transpondeurs des avions qui sont à saportée lui répondent. Les réponses des avions sont capturées par l’antenne du radar secondaire, sont analysées et traitéesélectroniquement et par la suite visualisées sur les écrans des contrôleurs aériens.CaractéristiquesCe type de radar permet de déterminer, comme tous les radars, la position de lavion à laide dun gisement et dunedistance relatifs à lantenne. Le radar secondaire a plusieurs avantages qui lui sont propres. Comme un transpondeur estnécessaire pour être détecté par un radar secondaire, seuls les plots pertinents seront visualisés, les obstacles ou oiseauxnapparaîtront pas, évitant ainsi une "pollution visuelle". Un autre avantage est le fait que des données peuvent être
    • transmises au système radar. Les données dépendent du mode du transpondeur utilisé par lavion, et des capacités delantenne radar.Mode A (Alpha)Le mode A est le plus simple des modes de transmission de données entre lavion et le sol. La seule information transmiseest un code SSR, de quatre chiffres entre 0 et 7 inclus. Le code sera affiché sur la visualisation radar du contrôleur.Chaque avion se voit attribuer un code unique, donc ce code permet détablir une relation entre un plot et un avion,didentifier avec certitude que ce plot correspond a cet avion. On appelle cela lidentification radar. Avec le mode A, lecontrôleur dispose donc de la position de lavion, et dun moyen didentification radar.Mode C (Charlie)Le mode charlie est le plus utilisé actuellement sur le territoire français. Il sagit en fait dun mode A amélioré, en ajoutantune information daltitude. Cette donnée est mesurée dans lavion, transmise au radar, puis visualisée sur lécran ducontrôleur.Mode S (Sierra)Le mode S est encore une évolution du radar secondaire. Le nombre de codes disponibles en mode A et C estlimité (4096 codes seulement) et devient insuffisant pour les besoins actuels. Le mode S permettra donc unevéritable liaison de données. Au lieu dun code, limmatriculation ou indicatif de lavion pourra être transmis.Au lieu de laltitude, nimporte quelle donnée pourra être transmise, aussi bien de lavion vers le sol que du solvers lavion. Les applications sont nombreuses.Modes MilitairesLIFF effectue dans les avions militaires les mêmes fonctions que le transpondeur. Il ajoute une fonction militairedidentification ami/hostile. Il existe différents modes militaires: 1, 2, 3, 3C, 4 et 5. Le mode 3 et 3C sont les équivalentsmilitaires aux modes Alpha et Charlie. Les modes 1, 2, 4 et 5 sont exclusivement militaires. Les modes 4 et 5 sont cryptéset le mode 5 permet un veritable dialogue informatique.Traitement des informations radarUne fois les données transmises à lantenne, elles sont envoyées au centre ayant besoin de ces informations. Ellessubissent un traitement qui remplit plusieurs fonctions. La première est daugmenter la précision des informations enmélangeant les informations provenant de plusieurs radars. En recoupant les informations, on affine la position delaéronef. Ensuite une comparaison avec les informations précédentes est effectuée, afin de déterminer la route de lavion,et sa vitesse. Ces informations seront ensuite affichées sur la visualisation radar.Il est à noter que le fait quun équipement de bord soit nécessaire pour être visualisé rend le radar secondaire impropre aune utilisation militaire. Pour une détection exhaustive, on préférera le radar primaire. Radar de contrôle routierUn radar de contrôle routier désigne différents radars utilisant le principe de leffet Doppler-Fizeau pourmesurer la vitesse des véhicules automobiles afin de trouver les contrevenants aux limites de vitesse.Principe] Effet Doppler
    • Ces radars émettent une onde continue qui est réfléchie par toute cible se trouvant dans la direction pointée. Parle principe Doppler, cette onde réfléchie possède une fréquence légèrement différente de celle émise: plusgrande fréquence pour les véhicules sapprochant du radar et plus petite pour ceux séloignant. En mesurant ladifférence de fréquence entre londe émise et celle retournée, on peut calculer la vitesse de la cible. Ceci se faiten trouvant le battement entre les deux ondes.Il est important de noter que les données ainsi obtenues ne montrent que la vitesse radiale entre le radar et levéhicule. Il faut donc que le sens de déplacement de la cible soit en ligne directe vers le radar. Si la cible sedéplace avec un angle par rapport à cette direction, la vitesse notée nest que la projection sur la radiale au radar,soit la vitesse réelle fois le Cosinus de langle (facteur variant de 0 pour un déplacement perpendiculaire auradar à 1 pour celui vers le radar).En général, on utilise une longueur donde centimétrique des bandes X, K et Ka. En Europe, on utilise la bandeKu. La bande X est moins courante depuis quelques années, car elle est facilement perceptible par lesrécepteurs anti-radars dont certains automobilistes se munissent, légalement ou non. De plus, elle est utiliséepar dautres appareils dont les ouvre-portes de garage. Une alternative au radar est celle du Lidar, qui utilise lemême principe mais avec des ondes du spectre visible.TypesPistolet radarUn policier militaire utilisant un pistolet radar pour mesurer la vitesses des automobiles à la base aérienne deTallil, Iraq.Il sagit dun radar portatif ayant la forme dun tube monté sur une poignée qui le fait ressembler à un pistolet.Le policier pointe directement dans la direction doù viennent les véhicules et après un temps de prise dedonnées, obtient une lecture de la vitesse. On utilise également ce type de radar pour mesurer la vitesse danscertains sports.Radar fixe Radar automatique fixe.
    • Il existe plusieurs genres de radars montrés de façon permanente et qui permettent de prendre automatiquement la vitessedes véhicules. Ceux-ci sont montrées à des endroits stratégiques et possèdent un appareil photo pour identifier lecontrevenant. o Radar automatiqueLe radar automatique est un appareil de contrôle de la vitesse (cinémomètre) des véhicules routiers que lon peutrencontrer sur le bord des routes et qui fonctionne seul, sans lintervention dêtres humains.LUnion européenne le voit comme des « dispositifs automatisés de contrôle de la vitesse (caméras automatisées),complétés par des procédures permettant de traiter un grand nombre dinfractions »1.Soixante-dix États ont implanté des dispositifs automatisés de contrôle de vitesse sur leurs routes, en particulier plusieursÉtats nord-américains ; quelques États membres de lUnion européenne, et quelques provinces canadiennes 2.Dans lUnion européenne Troisième génération darmoires automatisées en France.Le traité de Maastricht a établi en 1992 la compétence de la Communauté pour améliorer la sécurité routière, politiquerattachée à la politique commune des transports (article 71 du traité instituant la Communauté européenne modifié par letraité sur lUnion européenne).Dans lUnion européenne, le transport par route est de loin le plus dangereux et le plus coûteux en vies humaines. Leprogramme daction en faveur de la sécurité routière 2003-2010 prévoit un catalogue de mesures comme le renforcementdes contrôles routiers, le déploiement de nouvelles technologies de sécurité routière, lamélioration de linfrastructureroutière et des actions visant à améliorer le comportement des usagers. Lobjectif final est de réduire dau moins 50 % lenombre des tués à lhorizon 2010. Toutefois, en 2006, il semble que lobjectif sera difficile à atteindre3.Chaque année, 1 300 000 accidents corporels causent plus de 40 000 morts et 1 700 000 blessés. Le coût, direct ouindirect, a été évalué à 160 milliards deuros, soit 2 % du PNB de lUnion européenne (UE). Certains groupes depopulation ou catégories dusagers sont particulièrement vulnérables : les jeunes de 15 à 24 ans (10 000 tués par an), lespiétons (7 000 tués) ou les cyclistes (1 800 tués). Les causes de ces problématiques sont : la vitesse excessive, laconsommation dalcool, la non-utilisation des ceintures, linsuffisance de protection, lexistence de points noirs, le non-respect des temps de conduite et de repos pour le transport professionnel et la mauvaise visibilité.La Commission a également décidé le 22 octobre 2003 de recommander aux États membres dintégrer dans un plannational de contrôle les meilleures pratiques en fait de mesures de contrôle. Ils devraient évaluer les résultats à intervallesréguliers et adapter leurs plans le cas échéant. Parmi les mesures à inclure figurent les « dispositifs automatisés decontrôle de la vitesse » (caméras automatisées), complétés par des procédures permettant de traiter un grand nombredinfractions.4LUnion européenne recommande à ces États membres (décision du 6 avril 2004), « de veiller à ce que des dispositifsautomatisés de contrôle de la vitesse soient employés sur les autoroutes, les routes secondaires et les artères urbaines etveiller à ce que les contrôles soient faits de manière à garantir leur efficacité, cest-à-dire quils soient effectuésrégulièrement sur des tronçons où le non-respect est fréquent et entraîne une augmentation du risque daccidents ». 5Selon ces mêmes recommandations, les « sanctions [...] pour les excès de vitesse » doivent être « efficaces,proportionnées et dissuasives » et « les sanctions prévoient la possibilité dune suspension ou dun retrait du permis deconduire et dune immobilisation du véhicule en cas dinfraction grave ».6
    • Par ailleurs, il est recommandé aux États membres de séchanger les infractions, pour les résidents en dehors desfrontières internes.7Les résultats doivent être évalués tous les deux ans.Les pays qui ont mis en place ce genre de contrôle sont notamment lAutriche (79 fixes et 77 mobiles, 1 235 détecteurs, et82 caméras)8, le Royaume-Uni, lEspagne, la France, la Belgique et les Pays-Bas.En plus des radars automatiques sur les bords des routes, il existe une décision de la Commission du 17 janvier 2005relative à lharmonisation du spectre dans la bande de fréquences des 24 GHz en vue de lutilisation limitée dans le tempspar des systèmes radar à courte portée pour automobile dans la Communauté (Journal officiel L 21 du 25 janvier 2005).FonctionnementSchéma explicatif de la procédure entre la prise de vitesse par un radar automatique et le processus judiciaire en FranceConstitué dune armoire métallique munie de vitres blindées, il contient un détecteur radar, un appareil photographiquenumérique et un flash permettant de photographier les contrevenants dépassant la vitesse autorisée sur le tronçonsurveillé.Dans lUnion européenne le code des « Caméras de contrôle de la vitesse » est le 29816100-39.AutricheEn juin 2002, Lautriche évalue le lecteur automatique de plaque dimmatriculation. Les photos sont faites sur larrière duvéhicule, ainsi que sur toute sa longueur. En raison des normes de respect de la vie privé, tous les aspects sont traités parla police, et le nom des personnes ne peut pas être livré à des sous-traitants. Le traitement des films est effectué par desentreprises privées, mais pas lenvoi des contraventions. Le propriétaire du véhicule a la responsabilité de savoir quiconduit le véhicule à tout instant. En pratique, la plupart des propriétaires acceptent dêtre le conducteur. Dans le cas duneentreprise, le directeur doit donner le nom du conducteur. La motivation est faible pour poursuivre les véhicules nonautrichiens. Les dossiers dinfractions sont toujours traités manuellement. Linfraction peut être poursuivie pendant sixmois maximum, une pellicule de caméra contenant 400 photos, plusieurs jours peuvent être nécessaires à son remplissage.Le revenu perçu était de 37 900 000 euros.Des conducteurs résidant dans dautres pays de lUnion peuvent être poursuivis.10Suisse [modifier]Nayez pas le pied lourd en entrant en Suisse : à lentrée de Genève, sil arrive de Lausanne, lautomobiliste aperçoit unimposant fromage jaunâtre. Ce nest pas de la publicité car, à y regarder de plus près, le fromage est doté dune antenne etde petites vitres tout aussi caractéristiques de la cabine de radar, dont il a la forme et la taille réglementaires. Une dizainede radars fixes ont ainsi été décorés par la police suivant différents thèmes qui fleurent bon lHelvétie : la vache « tachesnoires sur fond blanc », la montre ou le couteau suisse. La poursuite des contrevenants de lautre côté de la frontière estsystématique (plus de 42 500 demandes à la France en 2005).
    • Les ratés des radars [modifier]Nouvelle armoire automatique : plus compacte, plus précise... plus redoutable !Belgique [modifier] 7 avril 2004 sur le boulevard Lambermont à Bruxelles, une Mini a été prise en infraction par un radar automatique à la vitesse hallucinante de 3 381 km/h soit Mach 3 (dautres erreurs similaires ont eu lieu ailleurs).Canada [modifier]Lusage de radars automatiques est depuis longtemps débattu mais une forte résistance retarde son implantation.La Colombie-Britannique avait installé ce système pendant les années 1990 mais il a été retiré pour seconcentrer sur les feux tricolores.France [modifier] 23 novembre 2003 : un motard aurait été flashé à 131 km/h sur lautoroute A6 à Courcouronnes, dans lEssonne (91), à 3 h 46. Seulement à cette heure-ci, le pilote raccompagnait une amie vers Coulommiers dans la Seine-et- Marne (77) en voiture, sa moto étant au garage. 14 novembre 2003 : un retraité breton résidant à Trégunc (Finistère) a été saisi par un radar automatique pour un excès de vitesse à Orsay (Essonne) alors quil affirme que son véhicule était en réparation dans un garage de Pont- Aven. Le retraité aurait été flashé à 111 km/h sur la RN 118, selon le procès-verbal reçu le jeudi à son domicile. 9 novembre 2003 : un agriculteur sarthois dune soixantaine dannées a reçu, à son grand étonnement, un procès- verbal pour excès de vitesse. Il a été flashé à 120 km/h sur lA6 juché sur son vieux tracteur. 19 janvier 2005 : une septuagénaire de Fronsac (Gironde) a été flashée à 120 km/h le 12 janvier à Angoulême a bord de sa voiturette qui se conduit sans permis et qui ne roule quà 70 km/h maximum. A Ernée le radar sest déclenché à 30 km/h au lieu de 50, puis au retour également alors quil ne prend que dans un sens.Si les « ratés » des radars sont très appréciés de la rubrique « faits divers » des journaux français, ils ne sont en fait quedes erreurs de lecture de plaque ou des usages de plaque portant limmatriculation dune autre véhicule. Une des erreursles plus communes est par exemple la présence dun point noir modifiant laspect des caractères ou une plaque tronquéedont le premier chiffre nest pas lisible. Malgré ces quelques ratés, les radars automatiques restent des systèmesextrêmement fiables.ControverseLes armoires automatiques qui ont été installées sont censées augmenter la sécurité routière, or, dans certains endroits,selon les chiffres de la police, ces appareils ont fait augmenter jusquà doubler le nombre daccidents. En effet,lautomobiliste, surpris par larmoire, va freiner brutalement, surprenant alors le conducteur qui le suit jusquà provoquerun accident.
    • Il est reproché aux autorités davoir implanté les radars plus selon la fréquence du trafic que selon lemplacement deszones à risques. « Les radars étant destinés à sauver des vies, ils seront mis en place dans des zones accidentogènes »,s’est empressé de préciser Nicolas Sarkozy, ministre de lIntérieur français. Quatre critères en déterminentl’emplacement : le nombre d’accidents ; le taux en fonction du volume et du trafic ; les sites à risques particuliers, notamment les tunnels ; et une énigmatique « logique de répartition des contrôles sur les grands axes »12. 13Toutefois, ces critiques ont été analysées par un organisme officiel qui se conclut par: «Speed cameras have proven tobe an extremly successful element».GPRGPR est un radar à pénétration de sol.Le mot GPR est lacronyme anglais pour Ground Penetrating Radar.Principe de fonctionnementLe principe de fonctionnement des GPR est celui des radars. Des ondes électromagnétiques sont envoyées dans le sous-sol. Lorsque ces ondes rencontrent des changement de milieux, une partie est renvoyée vers la surface et enregistrée par leGPR. Plus la fréquence est élevée, plus la précision est grande, mais plus le signal est atténué selon la profondeur atteinte.La gamme de fréquence va de quelques MHz à quelques GHz.ApplicationLes GPR ont de multiples applications : Étude du sous sol avant travaux pour localiser des canalisations Recherche de mines dans le sous-sol Recherche en archéologieÉtude des sous-sol des planètes du système solaire