Développement d'un système d'imagerie microonde multistatique ultra large bande : application à la détection d'objets en régime temporel et fréquentiel

Development of multistatic-ultra wide band microwave imaging system : application to target detection in time and frequency domains

• Auteur / Autrice : Vincent Chatelée
• Direction : Jean-Yves Dauvignac
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance en 2006
• 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

Étalonnage

Radar

Optimisation mathématique

Imagerie microonde

Résumé

Une des techniques pour obtenir des images de structures hétérogènes ou d'objets enfouis dans un milieu (sol, murs,. . . ) repose sur la mesure du champ électromagnétique diffracté par les inhomo-généités lorsqu'elles sont soumises à une illumination incidente. Cela nécessite la mise en oeuvre d'un système d'acquisition microonde doté d'un réseau de capteurs linéaire ou plan. Ses critères de conception sont dictés par les algorithmes d'imagerie qui nécessitent le plus souvent des données multifréquences acquises sur une large fenêtre d'observation. Ce travail de thèse repose sur la caractérisation, le calibrage et la validation expérimentale d'un prototype d'imageur multistatique ultra large bande. Un descriptif des systèmes actuels d'imagerie microonde a permis tout d'abord de valider les critères retenus pour le cahier des charges initial et de décrire les considérations associées à un problème de détection subsurface. Le Système d'Imagerie Microonde à Impulsions Synthétiques (SIMIS), dévelopé au LEAT, est caractérisé par ses performances théoriques, et une attention particulière a porté sur l'optimisation de la dynamique de détection. Afin de corriger les erreurs systématiques, le calibrage du radar est accompli sur chaque module successivement, puis, plusieurs études portant sur les erreurs de dérive et les erreurs aléatoires sont proposées. Le système est ensuite utilisé en chambre anéchoïque pour la détection de cibles canoniques (un cylindre métallique et un parallélépipède diélectrique) dans une configuration 2D-TM. La détection des deux objets est confirmée par l'observation d'hyperboles de diffraction sur des images apparentées B-scan. Une modification du système est effectuée et validée afin de réduire le couplage inter-antennes au sein du réseau de transducteurs. Cela permet, le cas échéant, de détecter les cibles à partir de la seule mesure du champ total. Les premiers résultats en imagerie qualitative sont obtenus par la technique du miroir à retournement temporel. Dans le domaine fréquentiel, l'utilisation de la méthode DORT (Décomposition de l'Opérateur de Retournement Temporel) a permis également de détecter les cibles lorsque la longueur d'onde est comparable à leur dimension transverse.

A technique to produce images from heterogeneous structures or objects buried in a medium – such as ground or walls – relies on the measurement of diffracted field from inhomogeneities under incident electromagnetic illumination. It requires the operation of a microwave acquisition system with a linear or planar sensor array. Its conception criteria are dictated by imaging algorithms which need, most of the time, multifrequency datas upon large observation window. This thesis work lies in the characterization, calibration and the experimental validation of an ultra wideband multistatic imaging prototype. A description of current microwave imaging systems has firstly fulfilled the initial objectives upon chosen criteria and has presented considerations regarding subsurface detection problem. Then the SIMIS (french acronym of Synthetic Impulse Microwave Imaging System), developped in LEAT, is characterized by its theoretical performances, with a specific attention towards dynamic range optimization. In order to correct systematic errors, the radar calibration is achieved on each module successively. Several studies on drift and random errors are also proposed. Next, the system is operated in anechoid chamber to detect canonical targets – a metallic cylinder and a dielectric parallelepiped – in a 2D-TM configuration. Presence of these two targets is confirmed from the observation of diffraction hyperbolae on B-scan images. A modification of the system is conducted and validated to reduce coupling in the array between antennas. Therefore, if needed, detection is achieved only with the total field measurement. First results in qualitative imaging are obtained by the time reversal mirror technique. In frequency domain, the D. O. R. T. Method (Decomposition of the Time Reversal Operator) performs detection of targets when the wavelength is comparable to their tranversal dimension.