Diffusion d'une onde électromagnétique par un objet au-dessus d'une surface rugueuse : problème vectoriel 3D

Electromagnetic scattering from an object above a rough surface : 3D vectorial problem

• Auteur / Autrice : Mohammad Kouali
• Direction : Christophe Bourlier, Gildas Kubické
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, Electromagnétisme
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et mathématiques (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : École polytechnique universitaire de Nantes Université

Mots clés

Mots clés contrôlés

Équations intégrales -- Solutions numériques

Optique physique

Moments, Méthodes des (statistique)

Ondes électromagnétiques -- Diffusion

Mots clés libres

Diffusion électromagnétique

Surfaces rugueuses

Surface équivalente radar

Résumé

Dans cette thèse, nous nous intéressons à la modélisation électromagnétique et à la simulation du champ diffracté par des scènes complexes et plus particulièrement dans un contexte maritime. Les applications de tels modèles sont diverses : observation de surfaces naturelles par télédétection, connaissance de l'environnement (état de mer, salinité, détection de pollutions, …), détection d’obstacles dans son environnement naturel (bateaux, objets dérivants, avions…). Pour quantifier l’interaction électromagnétique onde surface, deux types d'approches existent: d'une part, des modèles asymptotiques qui reposent sur des hypothèses simplificatrices, d'autre part, des modèles dits «rigoureux». Des recherches ont été menées dans l’équipe pour modéliser rigoureusement la diffusion par un obstacle au-dessus d’une surface de mer pour une scène bidimensionnelle. Ainsi, la méthode E-PILE (Extended-Propagation Inside Layer Expansion) a été développée et il a été montré que cette méthode est très efficace pour résoudre des scènes composées de beaucoup d’inconnues. Le but de la thèse est d’étendre ces travaux de recherche à un problème tridimensionnel. Ainsi, développer un nouveau modèle du champ diffracté par une scène complexe tridimensionnelle constituée d’un objet au-dessus d’une surface rugueuse, à l’aide d’une méthode numérique rigoureuse et/ou asymptotique. Afin de trouver un bon compromis entre ressource informatique et précision, des hybridations seront également envisagées comme intégrer l’optique physique et/ou la Forward Backward dans le schéma algorithmique de la méthode E-PILE.

In this work, we study the electromagnetic scattering from complex scenes, especially in the maritime context. Applications of this domain of research are different such as: Remote sensing of natural surfaces, knowledge of the environment (sea state, salinity, pollution detection,…), detection of obstacles in its natural environment (water, drifting objects, planes,. . . ). To quantify the electromagnetic interaction between the electromagnetic wave and the rough surface, two families of approaches exist: asymptotic models based on simplifying assumptions, and other models called ''rigorous''. Our research team started to model rigorously the scattering by an object over a sea surface for a two-dimensional scene. Thus, the E-PILE method (Propagation-Inside Extended Layer Expansion) was developed and it was shown that this method is very efficient to solve scenes composed of many unknowns. The aim of this thesis is to extend the E-PILE method to a three-dimensional problem, to compute the field scattered by a complex three-dimensional scene composed from an object above a rough surface. In addition, to reduce computing resources required to numerically solve the problem, hybridizations are also considered by combining the Physical Optics and the Forward Backward to the algorithmic scheme of the E-PILE method.