Diffusion bistatique des ondes EM par une surface rugueuse en HF : application aux fouillis maritime et terrestre

Bistatic scattering of EM waves by rough surface in HF Bande : application to sea and ground clutter

• Auteur / Autrice : Laurent Vaitilingom
• Direction : Ali Khenchaf
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire E3I2 - Extraction et exploitation de l'information en environnements incertains (Brest, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne (Brest ; 2010-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rugosité

Ondes électromagnétiques -- Diffusion

Mots clés libres

Modélisation électromagnétique

Surfaces rugueuses

Modèles de diffusion bistatiques

Bande HF

Fouillis

Surface terrestre

Surface maritime

Résumé

L'utilisation des radars HF est particulièrement intéressante car ils ont une portée supérieure à celle des radars classiques qui sont limités à la ligne d’horizon. Néanmoins, l’emploi de tels radars est problématique du fait du dimensionnement des antennes dans cette bande de fréquence et du fouillis (surfacique et ionosphérique). Dans le but d’améliorer le traitement des ondes électromagnétiques en bande HF, nous nous intéressons à la caractérisation EM du fouillis surfacique en bande HF. Dans ce sens, nous nous concentrons sur l’estimation de la signature électromagnétique en HF du fouillis maritime et terrestre. D’abord, nous étudions les modèles de diffusion EM généralement utilisés pour des fréquences allant de 1 à 20 GHz. Nous exposons les hypothèses des modèles asymptotiques qui permettent d’écrire les coefficients de diffusion EM. Nous établissons les domaines de validité des modèles ainsi que les types de surface sur lesquels peuvent être appliqués les modèles. Nous examinons également l’expression des coefficients de diffusion estimés dans des configurations particulières (monostatique, propagation avant et ensuite bistatique). Puis, afin d’appliquer les modèles de diffusion EM retenus pour les surfaces maritime et terrestre, nous analysons les outils de caractérisation physique et géométrique de différents types de surface. Enfin, nous analysons l’effet, sur les coefficients de diffusion, des paramètres liés à la surface étudiée (vitesse et direction du vent, température et salinité de l’eau, fréquence Doppler pour une surface maritime; composition et rugosités pour une surface terrestre), de la géométrie de la liaison bistatique et de la fréquence incidente. La méthodologie adoptée dans ce travail de thèse pour étudier en HF les coefficients de diffusion estimés par différents modèles et appliqués aux surfaces naturelles combine à la fois des aspects de modélisation et de simulation et elle est évaluée par rapport aux résultats publiés dans la littérature ouverte.

The use of HF radar is interesting because it can cover a larger area than a classical radar which is limited by electromagnetic horizon. However, the use of such radar is not easy because, in this frequency band, antennas are huge and ionospheric and surfacic clutters disturb the task of the radar. In order to improve the EM wave processing in HF band, we focus on the EM characterization of surfacic clutter in HF hand. In that respect, we concentrate on an estimation of EM signature in HF band of sea and ground clutter. First, we study EM scattering models which are generally used in frequencies between 1 and 20 GHz. We outline the hypothesis of approximate models which enable us to calculate EM scattering coefficients. We establish the validity domains of models, and the types of surface upon these models can be applied. We also examine the expressions of scattering coefficient estimated in specific configurations (monostatic, forward scattering and bistatic). Then, to apply the scattering models considered on sea and ground surfaces, we analyse geometrical and physical characterization tools for different types of surfaces. Finally, we analyse the effects, on scattering coefficients, of parameters liked to the studied surface (wind speed and wind direction, temperature and salinity of salt water, Doppler frequency for sea surface; composition and roughness for ground surface), of biostatic geometry parameters and of incident frequency. The methodology adopted in this work to study scattering coefficients estimated by different models and applied on natural surfaces combines both aspects of modeling and simulation and it is evaluated in comparison with results published in open literature.