Mini-profileur de vent V. H. F. Opérationnel : validation instrumentale déconvolution des données

Operational VHF wind mini-profiler : instrumental validation data deconvolution

• Auteur / Autrice : Jean-Pierre Candusso
• Direction : Michel Crochet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique, électronique, photonique et systèmes
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Toulon
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Sondages Electromagnétiques de l'Environnement Terrestre (Toulon ; 2000-2011)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université du Sud Toulon-Var. UFR de Sciences et Techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radar -- Antennes

Spectroscopie -- Déconvolution

Vents -- Mesure

Atmosphère -- Recherche

Antennes hyperfréquences

Résumé

Développés depuis plusieurs décennies, les radars profileurs de vent sont des instruments opérationnels d'observation de 1'atmosphère, tout en continuant à relever du domaine de la Recherche. Ils trouvent en effet leur emploi dans des applications concrètes {météorologie, pollution, sécurité, etc) mais continuent d'être les objets de la recherche instrumentale et méthodologique (interferométries fréquentielle et temporelle, etc) et les instruments d'étude de la physique du milieu atmosphérique (circulation, turbulence, etc]. L'utilisation de deux gammes de fréquences différentes autour d'une technique radar identique scinde la famille des profileurs de vent en deux groupes aux investigations complémentaires: les grands radars VHP (30-300 MHz) sont classiquement destinés aux sondages à moyenne et haute altitude, tandis que les petits profileurs UHF (0. 3-3 GHz) effectuent l'essentiel de leurs mesures dans la couche limite atmosphérique. Nous présentons dans cette thèse un radar VHP au nombre d'antennes réduit, le ''mini-radar'', qui concilie les avantages d'une faible surface d'antennes permettant le sondage aux basses altitudes, et de l'utilisation de la gamine VHP rendant le système peu sensible aux précipitations, oiseaux, insectes, qui sont autant d'échos indésirables aux fréquences UHF. La contre-partie de l'utilisation d'un petit nombre d'antennes est l'élargissement du faisceau, provoquant en tir oblique un recouvrement des zones explorées qui peut entraîner des erreurs lors de l'estimation de la vitesse du vent par la méthode classique des ''moments''. Après la validation instrumentale du mini-radar par une étude statistique comparative entre ses mesures ''brutes'' et celles d'un grand radar VHP, et par une campagne en mode opérationnel en Antarctique, nous proposons une étude du phénomène de recouvrement qui aboutit à la mise au point d'une nouvelle méthode spectrale permettant de corriger les mesures du mini-radar qui nécessitent une opération de ''déconvolution''.

Developed for several decades, wind profilers are operational instruments of the atmosphere observation, while continuing to come under the field of Research. They indeed find their employment in concrete applications {meteorology, pollution, security, etc) but continue to be the objects of instrumental and methodological researches (frequential and temporal interferometries, etc) and the instruments of atmospheric medium study (circulation, turbulence, etc]. The use of two different frequency bands around an identical radar technique divides the wind profilers family into two groups with complementary investigations: large VHP radars (30-300 MHz) are classically intended for surveys at average and high altitude, while small UHF profilers (0-3-3 GHz) carry out the main part of their measurements in the atmospheric boundary layer. We present in this thesis a VHP radar with a reduced number of antennas, called the ''mini-radar'', which reconciles the advantages of a small surface of antennas allowing low altitudes survey, and of the use of VHF range making the system not very sensitive to precipitations, birds, insects, which are as many undesirable echoes at UHF frequencies. The counterpart of the use of a small number of antennas is the widening of the beam, causing in oblique angle observations an overlap of the explored zones which can involve errors during wind speed estimation by the classical ''moments'' method. After the instrumental validation of the mini-radar by a comparative statistic study between its ''raw'' measurements and those of a large radar VHF, and by a campaign in operational mode in the Antarctic, we propose a study of the overlap phenomenon which leads to the development of a new spectral method making it possible to correct measurements of the mini-radar which require an operation of ''deconvolution''.