Étude d'un concept de radar de détection de personnes à travers les murs et les obstacles PDF Download
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Book Description
Cette thèse présente l’étude d’un concept de radar permettant la détection et la localisation de personnes à travers les murs. La démarche est organisée en cinq points principaux. Tout d’abord, une analyse des considérations techniques en vue de la conception d’un radar répondant au besoin est effectuée. Cette analyse permet de définir les paramètres principaux du radar en fonction de contraintes liées à l’application, les deux principales étant la propagation des ondes électromagnétiques à travers des murs et la signature radar de la cible humaine. L’étude de la propagation des ondes montre la nécessité d’utiliser des larges bandes de fréquence appartenant à la bande L et S. La signature radar de l’être humain est étudiée par des mesures expérimentales et montre une grande variation de celle-ci selon la fréquence, la personne et l’attitude adoptée. Une fois la phénoménologie du problème étudiée, nous développons des méthodes de traitement d’ouverture synthétique : la rétroprojection (formation de faisceaux connue adaptée au problème) et le retournement temporel appliqué à l’imagerie (approche novatrice). Par ailleurs, l’utilisation de la méthode DORT (décomposition de l’opérateur de retournement temporel) permet la focalisation sur des cibles d’intérêt. Enfin, nous présentons la conception d’un radar FMCW ULB dans la bande de 1 à 4 GHz avec une ouverture synthétique matérialisée par un réseau d’antennes ULB. Des mesures faites en condition réelles montrent clairement la possibilité de localiser des personnes en mouvement à travers un mur en temps réel. En conclusion, ce travail a permis des avancées significatives dans le domaine de la localisation de personnes à travers des murs par radar, et pourrait avoir des retombées dans d’autres domaines tels que la détection de personnes dans le cas de tremblements de terre ou d’avalanches.
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Cette thèse présente l’étude d’un concept de radar permettant la détection et la localisation de personnes à travers les murs. La démarche est organisée en cinq points principaux. Tout d’abord, une analyse des considérations techniques en vue de la conception d’un radar répondant au besoin est effectuée. Cette analyse permet de définir les paramètres principaux du radar en fonction de contraintes liées à l’application, les deux principales étant la propagation des ondes électromagnétiques à travers des murs et la signature radar de la cible humaine. L’étude de la propagation des ondes montre la nécessité d’utiliser des larges bandes de fréquence appartenant à la bande L et S. La signature radar de l’être humain est étudiée par des mesures expérimentales et montre une grande variation de celle-ci selon la fréquence, la personne et l’attitude adoptée. Une fois la phénoménologie du problème étudiée, nous développons des méthodes de traitement d’ouverture synthétique : la rétroprojection (formation de faisceaux connue adaptée au problème) et le retournement temporel appliqué à l’imagerie (approche novatrice). Par ailleurs, l’utilisation de la méthode DORT (décomposition de l’opérateur de retournement temporel) permet la focalisation sur des cibles d’intérêt. Enfin, nous présentons la conception d’un radar FMCW ULB dans la bande de 1 à 4 GHz avec une ouverture synthétique matérialisée par un réseau d’antennes ULB. Des mesures faites en condition réelles montrent clairement la possibilité de localiser des personnes en mouvement à travers un mur en temps réel. En conclusion, ce travail a permis des avancées significatives dans le domaine de la localisation de personnes à travers des murs par radar, et pourrait avoir des retombées dans d’autres domaines tels que la détection de personnes dans le cas de tremblements de terre ou d’avalanches.
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Ce mémoire porte sur la conception d’une antenne à réflecteur pour radar de détection d’obstacles fonctionnant à 94 GHz, appliquée à la détection des câbles électriques, implanté sur un hélicoptère. Cette antenne doit satisfaire différents critères : fort gain, ouverture à 3 dB étroite, faible encombrement et faible coût. Une solution consiste à proposer un réflecteur illuminé par une antenne non-directive. Dans un premier temps, le travail a porté sur la recherche de l’antenne comme source primaire, alimentée par le guide d’ondes WR-10. Cette source primaire doit satisfaire à la fois de bonnes caractéristiques radioélectriques (faible coefficient de réflexion, diagramme de rayonnement identique ou quasi identique dans les plans E et H, et faible masquage) et la fiabilité de fabrication. Dans un deuxième temps, le travail se focalise sur la conception d’un réflecteur plan imprimé qui allie une simplicité de fabrication et des performances en rayonnement correspondant au cahier des charges. La clé d’un tel réflecteur réside dans la capacité à trouver des cellules élémentaires constitutives de celui-ci qui permettent d’obtenir une plage de phase réfléchie la plus large possible tout en étant peu sensible aux tolérances de fabrication. Pour ce faire, nous utilisons un substrat épais et des éléments de forme circulaire, annulaire ou imbriquées. La plage de phase ainsi obtenue est supérieure à 360°. La correction du retard de phase est effectuée en zones de Fresnel. Le réflecteur combine 8 zones en son centre et 4 à la périphérie. Afin de réduire l’encombrement de ce système, nous proposons une autre solution basée sur l’association d’une grille polarisant et d’un réflecteur principal qui tourne la polarisation de 90°. Ce dernier est obtenu par une petite modification de la cellule de base du réflecteur qui est constituée d’un patch en C convenablement orienté. Enfin, une campagne de mesure a été effectuée pour valider la conception des réflecteurs proposés. Les réflecteurs préliminaires des réflecteurs ont montré de bonnes performances radioélectriques ainsi que la satisfaction du cahier des charges. Le réflecteur simple à zones de Fresnel possède un rendement d’ouverture de l’ordre de 34 % pour un diamètre de 130 mm et une distance focale de 70 mm. Bien que l’efficacité du réflecteur double de même diamètre mais de distance focale de 35 mm soit un peu inférieure au réflecteur initial, sa compacité ainsi que sa solidité en font un très bon candidat pour l’antenne du radar.
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Après avoir privilégié la puissance et le confort des véhicules, les constructeurs automobiles, au vu de l’augmentation du nombre d’accidents et de morts sur la route, sont maintenant attentifs à la sécurité. Ceci explique l’introduction de systèmes de sécurité intelligents, basés sur des capteurs chargés de la perception de l’environnement. Dans cette thèse, l’accent est mis sur l’aspect détection d’obstacles dans l’environnement proche du véhicule. Le capteur radar est un candidat idéal, car fonctionnant dans des conditions climatiques variées. La nouvelle technologie Ultra Large Bande (ULB) offre plusieurs avantages : détection d’obstacles performante, mesure de distances ou de positions avec une résolution remarquable, coût raisonnable. L’objectif de cette thèse est de concevoir un radar ULB pour détecter les obstacles à courte portée sur la route et en calculer la distance au véhicule avec une précision élevée. Dans cette optique, les formes d’ondes ULB sont étudiées et comparées avec comme critères l’adéquation à notre application et une réception simple, plus rapide et plus efficace. L’aspect multi-utilisateurs est abordé, pour minimiser les interférences. Les récepteurs adaptés au système sont étudiés et des algorithmes réduisant l’effet du bruit gaussien, basés sur les Statistiques d’Ordres Supérieurs (SOS), sont proposés et testés. Le radar permet également de reconnaître les obstacles détectés et d’éliminer ceux ne représentant pas de danger lors du suivi d’obstacles. Un prototype radar ULB est réalisé et validé et les Caractéristiques Opérationnelles du Récepteurs (COR) sont évaluées.
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Les travaux présentés dans ce mémoire de thèse sont dédiés au dimensionnement et à la mise au point d’un système radar capable de détecter et localiser des cibles derrière un mur, problématique s’inscrivant dans un cadre plus général de « vision à travers les murs » (Through-The-Wall – TTW). Le premier chapitre dresse un état de l’art des différentes techniques (des ondes centimétriques aux X) de vision et de détection à travers les murs. Ces techniques sont comparées en terme de performance et de maturité, la technologie Ultra Large Bande (ULB) y apparaît comme la plus mature à ce jour. Ensuite sont abordées les spécificités des radars ULB pour les applications TTW, suivies d’un recensement de l’ensemble des radars en ondes centimétriques développés à ce jour. La complexité des signaux ULB se propageant dans un environnement indoor nous a obligé a développer un simulateur de radar ULB. Il s’appuie sur un simulateur préalablement développé au SIC/Xlim de Poitiers, dédié à la propagation de signaux en bande étroite. Le cœur de ce simulateur ULB est validé expérimentalement, puis testé pour différentes configurations de radar TTW, prenant en compte différents types d’antennes et de signaux émis. Enfin, nous présentons la conception d’un radar ULB TTW sur la bande 3 - 6 GHz fonctionnant en mode impulsionnel. Chaque bloc composant le radar est détaillé. Apres avoir validé expérimentalement le concept de détection d’une cible dans son environnement, la problématique de la localisation des cibles est abordée. Le choix retenu met en oeuvre une technique de balayage mécanique utilisant un réseau d’antennes original et des traitements de signaux spécifiques.
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Les travaux présentés dans cette thèse sont une contribution à l'étude des systèmes radar de très courte portée d'une part, et aux antennes reconfigurables en diagramme de rayonnement d'autre part. Ces travaux ont été menés en partie au cours d'une collaboration avec un partenaire industriel. Le cadre de cette collaboration a concerné l'étude d'un capteur basé sur les micro-ondes pour la détection de cibles fixes placées dans une certaine gamme de distances, relativement proche du capteur. Les objectifs du travail de thèse sont multiples : 1) définir une architecture radar ayant une complexité réduite permettant la détection de cible(s) fixe(s) pour une portée relativement faible, et examiner les fonctions élémentaires nécessaires à la mise en place d'un module radar ; 2) analyser la propagation en présence de cible(s) proche(s) d'un radar ; 3) étudier des antennes à diagrammes de rayonnement reconfigurables pour les applications automobiles à 24 et 79 GHz.
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Nous nous intéressons dans cette thèse à la vision à travers les murs (VTM) par radar ULB, avec comme objectif la mise au point d'une chaîne de traitement de l'information (CTI) complète pouvant être utilisée par différents types de radar imageur VTM. Pour ce faire, nous souhaitons prendre en compte le moins possible d'information a priori, ni sur les cibles, ni sur leur contexte environnemental. De plus, la CTI doit répondre à des critères d'adaptabilité et de modularité pour pouvoir traiter les informations issues de deux types de radar, notamment, le pulsé et le FMCW, développés dans deux projets dans lesquels s'inscrivent les travaux de cette thèse. L'imagerie radar est un point important dans ce contexte, nous l'abordons par la combinaison des algorithmes de rétroprojection et trilatération, et montrons l'amélioration apportée avec l'utilisation d'un détecteur TFAC prenant en compte la forme des signatures des cibles. La mise au point de la CTI est notre principale contribution. Le flux d'images radar obtenu est scindé en deux parties. La première séquence dynamique contient les cibles mobiles qui sont ensuite suivies par une approche multihypothèse. La seconde séquence statique contient les cibles stationnaires ainsi que les murs intérieurs qui sont détectés par une méthode s'appuyant sur la transformée de Radon. Nous avons produit un simulateur VTM fonctionnant dans le domaine temporel et fréquentiel pour mettre au point les algorithmes de la CTI et tester leur robustesse. Plusieurs scénarios de simulation ainsi que de mesures expérimentales, montrent que la CTI construite est pertinente et robuste. Elle est ainsi validée pour les deux systèmes radar.
Author: Beatrix Amante García Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 164
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La recherche en matière de sécurité automobile est en pleine expansion, notamment l'addition de radar anti-collision va permettre de mesurer la distance et la vitesse des obstacles.Notre étude porte sur un radar de type Duplex, constitué d'un réflectomètre " six-port ". Le principe consiste à envoyer deux signaux hyperfréquences continus avec un faible écart fréquentiel. Par mélange des signaux reçus et émis, on trouve deux signaux Doppler approximativement de même fréquence mais avec une différence de phase. La mesure de celle-ci nous permet de déterminer la distance de l'obstacle. La vitesse relative sera calculée à partir de la fréquence Doppler d'un des signaux.Une simulation complète de notre système sous MATLAB est présentée. Cette simulation nous a permis d'étudier l'influence du rapport signal à bruit et de la phase de l'oscillateur local sur les performances du radar.Une validation expérimentale de cette étude à 2GHz, a été réalisée dans notre laboratoire par la mesure de la distance et de la vitesse d'une cible. Nous nous sommes également intéressés à la détection de la direction d'arrivée des signaux réfléchis par la cible. Nous présentons l'étude, la simulation et la mesure de celle-ci, ainsi que l'étude et la réalisation d'un réseau d'antennes patch. La détermination de cette direction d'arrivée a été faite en utilisant un réseau de circuits réflectomètres " five-port " ainsi que le réseau d'antennes patch, avec l'aide de l'algorithme MUSIC (Multiple Signal Classification). Finalement, nous étudions l'influence du bruit sur le système de détection de direction d'arrivée
Author: Khalil el Kherdali Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 248
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LE TRAVAIL PRESENTE DANS CE MEMOIRE A POUR BUT L'ETUDE, LA CONCEPTION ET LA REALISATION D'UN RADAR ULTRASONORE. SON PRINCIPE EST BASE SUR CELUI DES RESEAUX ULTRASONORES, QUE NOUS AVONS DEVELOPPE EN UTILISANT UN MODELE SIMPLE POUR SIMULER LE FONCTIONNEMENT D'UN DES EMETTEURS. UN RESEAU LINEAIRE CONSTITUE DE 16 EMETTEURS TANGENTS, NOUS A PERMIS DE REPONDRE A CERTAINES SPECIFICATIONS DU RADAR GRANDE PORTEE (10M), RESOLUTION LATERALE FINE DE QUELQUES DEGRES. LE RADAR AINSI CONSTITUE POSSEDE CEPENDANT UN FAIBLE CHAMP DE VISION 8. L'UTILISATION D'UNE PONDERATION EN AMPLITUDE A L'EMISSION, QUI A POUR EFFET PRINCIPAL D'ELIMINER PRATIQUEMENT L'INFLUENCE DES LOBES SECONDAIRES NOUS A PERMIS D'ACCROITRE CE CHAMP DE VISION A 14. CETTE VALEUR RESTE CEPENDANT RELATIVEMENT FAIBLE EN L'ABSENCE DU BALAYAGE MECANIQUE. NOUS AVONS FINALEMENT RESOLU CE PROBLEME EN DISPOSANT LES 16 EMETTEURS SUR LE BORD D'UNE COURONNE DE RAYON ADEQUAT. LE CHAMP PRATIQUE DE VISION OBTENU A ALORS ETE DE 40 PAR RAPPORT A LA BISSECTRICE DE LA COURONNE UTILISEE ET DIFFERENTS OBSTACLES DE FORMES ET MATIERES DIVERSES ONT PU ETRE PARFAITEMENT REPERES PAR NOTRE SYSTEME. EN CONCLUSION NOUS AVONS REALISE UN RADAR ULTRASONORE DE GRANDE PORTEE DE RESOLUTION LATERALE VOISINE DE 2 ET POSSEDANT UN LARGE CHAMP DE VISION (80). IL EST DE FAIBLE COUT, IL UTILISE DES EMETTEURS COURANTS ET PEUT SERVIR AU GUIDAGE DES ROBOTS MOBILES
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Ce mémoire présente la conception et la réalisation d'un radar SAR en régime transitoire. Son application directe est la détection d'objets (comparables à des mines métalliques antichar) en présence de fouillis de sol. Cette étude menée en collaboration avec le Centre d'Electronique de l'Armement (CELAR) aboutit à la mise en oeuvre du banc nommé PULSAR (Plateforme Ultra Large bande SAR).La nature ultra large bande (ULB) de l'impulsion émise allie les avantages des basses fréquences (résonances de cibles, pénétration à travers les écrans de végétation, du sol) à ceux d'une forte résolution. La technique consiste à illuminer la scène à étudier à l'aide d'une impulsion ultra-courte afin de mesurer directement la réponse impulsionnelle de cette scène dans le domaine temporel. La conception du radar fait appel à un état de l'art des matériels hyperfréquences (générateurs, numériseurs, antennes...) susceptibles de constituer les chaînes d'émission et de réception du banc, à partir d'équipemens existants ou en concevant de nouveaux outils spécifiques à l'application ULB. Deux méthodes d'imagerie SAR ont été développées afin d'exploiter les réponses impulsionnelles mesurées et de reconstituer une imagerie "électromagnétique" de la scène, dans un plan projeté au sol ou bien dans le plan radar.
Author: Nadia Maaref
Author: Nadia Maaref
Author: Binh Duong Nguyen
Author: Laïla Sakkila
Author: Jabir Salmam Aziz
Author: Christophe Lièbe
Author: Mathieu Caillet
Author: Omar Benahmed Daho
Author: Beatrix Amante García
Author: Khalil el Kherdali
Author: Frédéric Gallais