Développement d’une architecture de RADAR à pénétration de sol dédié à une intégration sur drone

Development of a ground-penetrating RADAR architecture dedicated to integration on a UAV

• Auteur / Autrice : Maxime Schutz
• Direction : Cyril Nicolas Decroze, Michèle Lalande, Bertrand Lenoir
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique des hautes fréquences, photonique et systèmes
• Date : Soutenance le 18/12/2020
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Ingénierie des Systèmes, Mathématiques, Informatique (Limoges ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : XLIM
• Jury : Président / Présidente : Denis Barataud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cyril Nicolas Decroze, Michèle Lalande, Bertrand Lenoir, Philippe Eudeline, Philippe Pouliguen
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Ferro-Famil, Alain Gaugue

Mots clés

Mots clés contrôlés

Drones

Radar -- Antennes

Communication ultra large bande

Radar à pénétration de sol

Mots clés libres

Radar à pénétration de sol

Architecture radar ultra-large bande

FMCW

FMICW

Correction de non-linéarité de VCO

Résolution en distance

Réseaux de neurones

Ground penetrating radar (GPR)

UWB radar architecture

FMCW

FMICW

Voltage Controlled oscillator (VCO) nonlinearity correction

Range resolution

Neural networks

Résumé

Le GPR (Ground Penetrating Radar) ou géoradar est utilisé pour la prospection des sous-sols. Par ailleurs, le marché des drones a rapidement évolué ces dernières années et la performance des solutions volantes actuelles vient offrir de nouvelles perspectives quant à leur utilisation. L’association des technologies du drone et du géoradar est alors une idée très attractive. De nombreux défis et incertitudes sont liés au rayonnement des basses fréquences, utiles pour une meilleure pénétration, et qui impliquent une taille conséquente du système antennaire. De plus, une maîtrise du coût et de la consommation du système est requise. Pour répondre aux contraintes d’encombrement et de poids, des solutions d’aiguillage des signaux pour n’utiliser qu’une seule antenne ont été développées. Dans le but de permettre la génération reconfigurable et bas coût des fréquences du radar, l’utilisation de VCO (Voltage-Controlled Oscillator) couplé à une méthode de correction analogique de la non-linéarité de fréquence a été mise en place. Un démonstrateur radar a été mis en œuvre et des expérimentations sur site ont été réalisées. Enfin, l’exploration de solutions pour l’augmentation de la résolution en distance du radar est présentée et une méthode alternative basée sur les réseaux de neurones a été développée.

The GPR (Ground Penetrating Radar) is designed for underground imaging. In addition, the UAV market has evolved rapidly in recent years, and the performance of today's flying solutions offers new concepts for their use. The pairing of UAV and ground-penetrating radar technologies is a very attractive idea. Many challenges and uncertainties are related to low-frequency radiation, which is useful for better penetration, and which imply a consequent size of the antenna system. In addition, a reduction in the cost and consumption of the system is required. To meet compactness and weight constraints, switching solutions for using only one antenna have been developed. Toallow the reconfigurable and low-cost generation of waveform from a VCO (Voltage-Controlled Oscillator), an analog frequency non-linearity correction method has been implemented. A radar demonstrator has been developed and on-site experiments have been carried out. Finally, the exploration of solutions for increasing the range resolution of the radar is presented and a method based on neural networks has been developed.