Etude et évaluation d'un système multi-radars monostatiques ultra large bande : application à la détection et à l'identification de chutes sur les voies ferroviaires

Study and evaluation of an ultra wideband multi-monostatic radar system : application to fall on track object detection and identification

• Auteur / Autrice : Ali Mroué
• Direction : Atika Rivenq
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Valenciennes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Voies ferrées

Radar

Mots clés libres

Radar ultra large bande (ULB)

Résumé

L’étude présentée dans ce mémoire concerne le développement d’un système de détection et d’identification de cibles exploitant une technique multi-radar monostatique ultra large bande et dé- veloppé selon un axe. L’application visée porte sur le développement d’un système de détection et de discrimination d’objets chutant sur les voies ferroviaires. L’objectif principal de ce travail est d’étudier et d’évaluer les différents sous-ensembles radiofréquence et traitement du signal de ce dispositif et de les optimiser afin d’aboutir à la validation de la faisabilité du système complet. Un guide d’onde à fente, opérant dans la bande de fréquence optimale évaluée assure une couverture continue de rayonnement le long du quai. Il sert de support de propagation et est percé d’ouvertures constituant autant de radars monostatiques consécutifs. Après avoir caractérisé les différents objets susceptibles de chuter sur les voies ferroviaires par la méthode d’expansion de singularité (SEM), les coefficients naturels de réso- nance sont sauvegardés dans une bibliothèque afin de les utiliser dans le processus de discrimination. A l’issue de ce processus, que ce soit lors des simulations numériques ou lors d’essais expérimentaux, nous obtenons que les différentes familles d’objets détectés à proximité des radars monostatiques, dont les corps humains s’avèrent bien discriminés. En conclusion, ce travail a permis de mettre en œuvre un système original de détection et d’identification fondé sur l’utilisation de techniques avancées dans le domaine de la détection et de l’identification des objets. Il pourrait être étendu à d’autres domaines tels que la détection des liquides dans les valises des voyageurs voire la détection et l’identification d’intrusions dans des environnements complexes.

This thesis presents the development of an Ultra Wide Band monostatic multi-radar sys- tem developed along a single axis. This system aims to detect and identify targets along its axis. The considered field of application is to detect and identify fall on track objects in order to enhance guided transport passenger safety. The main objective of this work is to study the different radiofrequency and signal processing subsets in order to validate the feasibility of the whole system. Simulation and expe- rimentations are performed. A slotted waveguide operated in its fundamental mode is used. Slots close to resonance are periodically perforated and constitute the monostatic radars. An optimal bandwidth and constant radiation coverage along the railway is then optimized. The singularity expansion method (SEM) is used and the characterization of objects fallen onto the track is performed. Complex natural resonances are computed and measured and then saved into a library for further use in a specific discrimination process. Using both numerical simulations and experimental results, the discrimination process shows that the human body is well discriminated as well as other typical objects (suitcases. . . ). In conclusion, this work has led to significant advances in object detection and identification in the railway field, and could have some fallout in other fields such as detection of liquids in the passenger luggage in the airport or detection and identification of intrusions in complex environments.