Étude d'un concept de radar de détection de personnes à travers les murs et les obstacles

Through-the-wall radar concept for the detection of human beings

• Auteur / Autrice : Nadia Maaref
• Direction : Christian Pichot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Nice
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Détection du signal

Radar -- Antennes

Imagerie microonde

Communication ultra large bande

Résumé

Cette thèse présente l’étude d’un concept de radar permettant la détection et la localisation de personnes à travers les murs. La démarche est organisée en cinq points principaux. Tout d’abord, une analyse des considérations techniques en vue de la conception d’un radar répondant au besoin est effectuée. Cette analyse permet de définir les paramètres principaux du radar en fonction de contraintes liées à l’application, les deux principales étant la propagation des ondes électromagnétiques à travers des murs et la signature radar de la cible humaine. L’étude de la propagation des ondes montre la nécessité d’utiliser des larges bandes de fréquence appartenant à la bande L et S. La signature radar de l’être humain est étudiée par des mesures expérimentales et montre une grande variation de celle-ci selon la fréquence, la personne et l’attitude adoptée. Une fois la phénoménologie du problème étudiée, nous développons des méthodes de traitement d’ouverture synthétique : la rétroprojection (formation de faisceaux connue adaptée au problème) et le retournement temporel appliqué à l’imagerie (approche novatrice). Par ailleurs, l’utilisation de la méthode DORT (décomposition de l’opérateur de retournement temporel) permet la focalisation sur des cibles d’intérêt. Enfin, nous présentons la conception d’un radar FMCW ULB dans la bande de 1 à 4 GHz avec une ouverture synthétique matérialisée par un réseau d’antennes ULB. Des mesures faites en condition réelles montrent clairement la possibilité de localiser des personnes en mouvement à travers un mur en temps réel. En conclusion, ce travail a permis des avancées significatives dans le domaine de la localisation de personnes à travers des murs par radar, et pourrait avoir des retombées dans d’autres domaines tels que la détection de personnes dans le cas de tremblements de terre ou d’avalanches.

This Thesis presents the study of a Through The Wall (TTW) radar concept for the localization of persons through walls. The work is organized following five steps. First, in order to design a TTW radar, an analysis of the technical considerations is performed. This analysis permits to define principal radar parameters depending on the application requirements. The two most important ones are those brought by the through walls and the human target specifications. The study of the propagation through walls shows that it’s necessary to use ultra wide band waveforms in the L and S frequency ranges. The human target signature is studied by experimental measurements. Results show a great variability of the RCS depending on the frequency, the person and the attitude. After analysing the phenomenology of the TTW problem, we present in detail two synthetic aperture imaging methods: the backprojection (conventional beamforming adapted to this application) and time reversal theory applied to imaging (innovative approach). In addition, the DORT (diagonalization of time reversal operator) method is used to focus the energy on target of interest. Finally, we present the design and the conception of a synthetic aperture UWB FMCW radar working from 1 to 4 GHz. Experimental trials in realistic conditions show clearly the good performances of the system able to localize moving persons behind a wall in real time. In conclusion, this work has made significant advances in the field of TTW radar and could have some fallout in other fields of rescue operations like earthquakes or avalanches.