D.EM.R. AD2M, Laboratoire Antennes, Dispositifs et Matériaux Micro-ondes Département ElectroMagnétisme et Radar Etude des diffusions de surface et de volume

D.EM.R.AD2M, Laboratoire Antennes,

Dispositifs et Matériaux Micro-ondes Département ElectroMagnétisme et

Radar

Etude des diffusions de surface et Etude des diffusions de surface et de volume par les surfaces de volume par les surfaces rugueuses diélectriques.rugueuses diélectriques.

Etude des interactions entre un Etude des interactions entre un objet 3D et une surface objet 3D et une surface

naturelle.naturelle.

P.F. COMBESP.F. COMBES H.J. MAMETSAH.J. MAMETSA

Fifamè KOUDOGBOFifamè KOUDOGBO



Radar2

Contexte de l’étudeContexte de l’étudeCalcul de la diffusion de Calcul de la diffusion de surface par la Méthode surface par la Méthode de l’Equation Intégralede l’Equation IntégraleCalcul de la diffusion de Calcul de la diffusion de volume par la Théorie volume par la Théorie du Transfert Radiatifdu Transfert RadiatifCalcul de la diffusion totale - Etude Calcul de la diffusion totale - Etude expérimentaleexpérimentaleEvaluation des interactions entre Evaluation des interactions entre une surface et un objet placé au-une surface et un objet placé au-dessus d’elledessus d’elleConclusion & Conclusion & PerspectivesPerspectives



Radar


2



Radar

Calcul de la Calcul de la diffusion totalediffusion totale par par

les surfaces les surfaces rugueusesrugueuses

Contexte de l’étude Contexte de l’étude contexte de l’étudecontexte de l’étude

3

Evaluation du Evaluation du couplagecouplage entre la entre la

surface et un objet surface et un objet placé au-dessus placé au-dessus

d’elled’elle



Radar

Diffusion totale =Diffusion totale =

Calcul de la diffusion totale par les surfaces rugueusesCalcul de la diffusion totale par les surfaces rugueuses

Surface en asphalte et en béton...

Bandes de fréquences millimétriques (autour 35, 77 et 94GHz)Etude en rétrodiffusion à incidence rasanteEtude de la diffusion par l’avant (couplage objet-environnement) diffusion bistatique

ObjectifObjectif : : évaluer ces évaluer ces

2 2 contributiocontributio

ns ns

contexte de l’étudecontexte de l’étude

inclusions

surface rugueuse

diffusion de volume

diffusion de surface

++

4



Radar

vers l’émetteur-récepteur

objet

Fouillis

Evaluation du couplage objet - surfaceEvaluation du couplage objet - surface

contexte de l’étudecontexte de l’étude

5

facette

surface rugueuse

Rétrodiffusion directe par la facette Rétrodiffusion directe par la facette

Rétrodiffusion directe par la surfaceRétrodiffusion directe par la surface

Trajet indirect surface - facetteTrajet indirect surface - facette

Trajet indirect facette - surfaceTrajet indirect facette - surface



Radar


6



Radar

diffusion de surfacediffusion de surface

Les Méthodes « classiques » Les Méthodes « classiques » Approximation de KirchhoffApproximation de Kirchhoff

A chaque point, la surface est remplacée A chaque point, la surface est remplacée par le plan infini en ce point.par le plan infini en ce point.

M

Utilisation de l’OGUtilisation de l’OG

Méthode des Petites PerturbationsMéthode des Petites Perturbations

Rugosité traitée comme une perturbation. Rugosité traitée comme une perturbation.

Champ diffusé représenté par une somme Champ diffusé représenté par une somme d’ondes planes se propageant vers le d’ondes planes se propageant vers le récepteur.récepteur.

Domaines Domaines d’application limitésd’application limités

7

Petites perturbations

Kirchhoff

IEM

lc = longueur de corrélation

sz = hauteur RMS

k.lc1 2 3 7654 8 9 1110 1312 14

2

1

3

k.sz

2

k



Radar

sqpE

La Méthode de l’Equation Intégrale La Méthode de l’Equation Intégrale Résolution de l’équation intégrale du champ électriqueRésolution de l’équation intégrale du champ électrique

dseHnEnkqCE rkj

ppssqp

s . ˆˆˆ.

Solution plus Solution plus rigoureuse rigoureuse que dans le cas de méthodes que dans le cas de méthodes électromagnétiques plus classiques (Petites électromagnétiques plus classiques (Petites perturbations, Approximation de Kirchhoff)perturbations, Approximation de Kirchhoff)


8

calculé à partir calculé à partir de de

l’Approximation de l’Approximation de KirchhoffKirchhoff

skqpE

tient compte des interactions tient compte des interactions multiples (onde - rugosités multiples (onde - rugosités

environnantes)environnantes)

scqpE

diffusiodiffusions ns

simplessimples

diffusions diffusions multiplesmultiples

jkReR

jkC

4,,



Radar

Historique de Historique de l’IEMl’IEM

19861986 Fung, PanFung, Pan

19911991 Li, FungLi, Fung

Calcul par l’IEM de la Calcul par l’IEM de la rétrodiffusion par des rétrodiffusion par des surfaces rugueuses surfaces rugueuses métalliquesmétalliques

9

19921992Fung, Li, ChenFung, Li, Chen

19941994 FungFung Expression bistatique de Expression bistatique de l’IEMl’IEM

Calcul par l’IEM de la Calcul par l’IEM de la rétrodiffusion par des rétrodiffusion par des surfaces rugueuses surfaces rugueuses diélectriquesdiélectriques


sqpE '','','',' rrGrrG mm

''''''

21

'',' yyvxxujm errG

dvdu

où

222222

222222

vuksikvuj

vuksivukq

mm

mmm m représente le

milieu

m

zzjq

qe m '''

négligé dans le modèle de

Fung

m

zzjq

qe m '''

19861986 Fung, PanFung, Pan

19911991 Li, FungLi, Fung

Calcul par l’IEM de la Calcul par l’IEM de la rétrodiffusion par des rétrodiffusion par des surfaces rugueuses surfaces rugueuses métalliquesmétalliques

19971997

20002000

20012001

Hsieh & al.Hsieh & al.Chen & Chen &

al.al.Àlvarez-Àlvarez-

PérezPérez

Ré-introduction du terme de Ré-introduction du terme de phase dans la fonction de phase dans la fonction de Green,Green,

Expression bistatique de Expression bistatique de l’IEM,l’IEM,

Calcul des diffusions de Calcul des diffusions de second-ordresecond-ordre

19921992Fung, Li, ChenFung, Li, Chen

19941994 FungFung Expression bistatique de Expression bistatique de l’IEMl’IEM

Calcul par l’IEM de la Calcul par l’IEM de la rétrodiffusion par des rétrodiffusion par des surfaces rugueuses surfaces rugueuses diélectriquesdiélectriques



Radar

composante cohérente

direction spéculaire

composante cohérente atténuée

composante diffuse

composante diffuse

surface lissesurface lisse surface peu surface peu rugueuserugueuse

surface surface rugueuserugueuse

sqpdiff

P sqpcoh

P sqpincoh

P

quand la rugosité quand la rugosité Puissance cohérentePuissance cohérente

Puissance incohérentePuissance incohérente

sqpcoh

P

sqpincoh

Poùoù


10



Radar

sqp

sqp

sqp

sqp

sqp EEPPP

incohcohdiff 21

sqp

sqp

sqp EEP

coh 21 s

qpsqp

sqp cohdiffincoh

PPP

0kqpincoh

P 0kcqpincoh

P 0cqpincoh

P

sachant quesachant que sqpE sk

qpE scqpE , nous avons, nous avons


11

0

20

2220

4/

AE

PRmdBm

sqp

qpdiff

illuminéesurfaceA

réceptiondeantennel'àdistanceR

incidentchampduamplitudeE

0

0

0kqpcoh

P 0kcqpcoh

P 0cqpcoh

P



Radar

Etude en rétrodiffusionEtude en rétrodiffusion

i angle d’incidence ()

Coeff

icie

nt

de r

étr

od

iffu

sion

(d

Bm

2/m

2)

Surface en asphalte - f = 94GHz - lSurface en asphalte - f = 94GHz - lcc = 6.30 mm - = 6.30 mm - r r = 3.18 - 0.1i (Sarabandi et al. 1997, 2000)= 3.18 - 0.1i (Sarabandi et al. 1997, 2000)


12

Coeff

icie

nt

de r

étr

od

iffu

sion

(d

Bm

2/m

2)




Radar

Etude bistatiqueEtude bistatique

0

si = 0

sk

sh

sv

ik

ivih

i

sx

y

z

880 A

Surface en métallique - f = 35GHz Surface en métallique - f = 35GHz


13

s angle de diffusion ()

Coeff

icie

nt

de d

iffu

sion

(d

Bm

2)

IEMIEMELSEM3DELSEM3D



Radar

sszz= 0.30= 0.30mmmm

sszz= = 1.001.00mmmm


Coeff

icie

nt

de

diff

usi

on

(d

Bm

2)


Coeff

icie

nt

de

diff

usi

on

(d

Bm

2)


Coeff

icie

nt

de

diff

usi

on

(d

Bm

2)


14

Surface en asphalte - ASurface en asphalte - A00 = 1 dm = 1 dm22 - - i i = 40= 40 - - r r = 3.18 = 3.18 - 0.1i - f = 94GHz- 0.1i - f = 94GHz

cos

s

sins sin

ssins

coss

surface surface lisselisse

sins sin

ssins

coss

cos

s

sins sin

ssins

coss

cos

s

2dBm

2dBm

2dBm



Radar

En conclusion...En conclusion...diffusion de surfacediffusion de surface

Surface Surface lisselisse métallique ou diélectrique, métallique ou diélectrique, l’incidence : le bilan estl’incidence : le bilan est satisfait satisfait

Surface Surface peu rugueusepeu rugueuse métallique ou métallique ou diélectrique, incidence diélectrique, incidence 65° : le bilan 65° : le bilan estest quasi-satisfait quasi-satisfait

Surface Surface rugueuserugueuse métallique ou métallique ou diélectrique, diélectrique, incidence : le bilan est incidence : le bilan est non non satisfaitsatisfait - diffusions multiples d’ordres - diffusions multiples d’ordres supérieurs, - fonction supérieurs, - fonction d’ombre, - puissance réactive, …d’ombre, - puissance réactive, …

15



Radar


16



Radar

Géométrie de la diffusion de Géométrie de la diffusion de volume par un milieu multi-volume par un milieu multi-

couchescouches

diffusion de volumediffusion de volume

17

milieu 1milieu 1 airair

milieu 2milieu 2 milieu isotrope milieu isotrope :: asphalte ou bétonasphalte ou béton

milieu 3milieu 3 milieu semi-infini milieu semi-infini : milieu 3 n’existe pas : milieu 3 n’existe pas

i

milieu 1

milieu 3

milieu 2

02 2 r

03 3 r

0

z

0z

dz



Radar

La Théorie du Transfert La Théorie du Transfert Radiatif Radiatif

Soit un milieu contenant des particules et ayant :

des propriétés de diffusion

des propriétés d’absorption

des propriétés d’émission

solidesangles ' detd

positionvecteursretr

nobservatiod'directionss ets

intensitévecteurrsI

'

'ˆ,

rsI ,

',' rsI

rsdIrsI ,,

d'd

dS


18



Radar

Régit la propagation d’une onde

électromagnétique dans le milieu

Pertes de puissance dues à l’absorption

et à la diffusion

Couplage entre les vecteurs intensités

incident et diffusé en chaque point du

milieu

Emission thermique du

milieu

Equation différentielle du

transfert radiatif

matrice matrice d’extinctiond’extinction

eJfonction d’émissionfonction d’émission

Pmatrice de phasematrice de phase

dsrsdI , r eJ rsIs , ','', drsIssP


19



Radar

Résolution de l’équation différentielle du TRRésolution de l’équation différentielle du TRdiffusion de volumediffusion de volume

z

milieu 1

milieu 2

sssqI ,

i

iiipI ,

2

ipI ,2 3

sqI ,3

0z

zI ,, composante ascendante composante ascendante zI ,, composante descendante composante descendante

20

cos'd )z,',',,(P1

z),,I( - ),,(

0

2

0

IdzzdI

zFzIdz

zdI,,,,

,,

zFzIdz

zdI,,,,

,,

+ conditions aux limites à l’interface+ conditions aux limites à l’interface

fonctions fonctions sourcessources

FF et

0z



Radar

La méthode itérativeLa méthode itérativeSolutions décomposées en une série de perturbationsSolutions décomposées en une série de perturbations

......,,,,,,,, 210 zIzIzIzI


simplessimples


doublesdoubles


0,,0,, 31

21 zITzI sqsssq

ii

ip

sssqs

qpI

ImdBm

,

,cos4/ 220

Intensité diffuséeIntensité diffusée

ontransmissidematriceT21

21



Radar

Etude en rétrodiffusionEtude en rétrodiffusiondiffusion de volumediffusion de volume

22


Coeff

icie

nt

de r

étr

od

iffu

sion

(d

Bm

2/m

2)

asphalte - f = 94GHz - asphalte - f = 94GHz - rr = 3.18 - 0.1i (Sarabandi, = 3.18 - 0.1i (Sarabandi, Li 1997,2000)Li 1997,2000)


Coeff

icie

nt

de r

étr

od

iffu

sion

(d

Bm

2/m

2)



Radar

sin s

sin s

sins coss


23

Etude bistatiqueEtude bistatiquebéton - f = 94GHz - béton - f = 94GHz - rr = 4.17 = 4.17

- 0.36i- 0.36iasphalte - f = 94GHz - asphalte - f = 94GHz - rr = =

3.18 - 0.1i3.18 - 0.1i

sin s

sin s

sins coss

Coeff

icie

nt

de

diff

usi

on

(d

Bm

2)


Coeff

icie

nt

de

diff

usi

on

(d

Bm

2)


0i 40i 60i 80i

2dBm2dBm

ii = = 4040



Radar


24



Radar

Calcul de la diffusion Calcul de la diffusion totale totale

diffusion totalediffusion totale

sqptot

sqpsurf

sqpvol

inclusions

surface rugueuse

diffusion de volume


++

La Méthode de l’Equation Intégrale

(IEM)

Diffusion de volumeLa Théorie du

Transfert Radiatif

Diffusion de surface

25



Radar

Etude en rétrodiffusion et à incidence rasanteEtude en rétrodiffusion et à incidence rasantediffusion totalediffusion totale

Surface en asphalte - f = 94GHz - Surface en asphalte - f = 94GHz - r r = 3.18-= 3.18-0.1i - l0.1i - lcc = 6.30 mm = 6.30 mm

26

ii angle angle d’incidenced’incidenceC

oeff

icie

nt

de r

étr

od

iffu

sion

(d

Bm

Coeff

icie

nt

de r

étr

od

iffu

sion

(d

Bm

22/m/m

22))

mmsz 30.010/

Coeff

icie

nt

de r

étr

od

iffu

sion

(d

Bm

Coeff

icie

nt

de r

étr

od

iffu

sion

(d

Bm

22/m/m

22))

ii angle angle d’incidenced’incidence

mmsz 00.13/



Radar

Etude bistatiqueEtude bistatiqueSurface Surface lisselisse en asphalte - A en asphalte - A00 = 1 dm = 1 dm2 2 - - i i = 40= 40Coefficient de diffusion en dBmCoefficient de diffusion en dBm22 - f = 94GHz - - f = 94GHz -

r r = 3.18-0.1i= 3.18-0.1i


diffusion totale

sins coss

sin s

sin s


Coeff

icie

nt

de

diff

usi

on

(d

Bm

2)

27

diffusion de surfacesi

n s

sin s

sins coss

sins coss

sin s

sin s

diffusion de volume



Radar

Etude bistatiqueEtude bistatiquediffusion totalediffusion totale


Coeff

icie

nt

de

diff

usi

on

(d

Bm

2)

28

sin s

sin s

sins coss

sins coss

sin s

sin s


diffusion de volumesins coss

sin s

sin s

diffusion totale

Surface Surface rugueuserugueuse en asphalte - A en asphalte - A00 = 1 dm = 1 dm2 2 - - i i = 40= 40

Coefficient de diffusion en dBmCoefficient de diffusion en dBm22 - s - sz z = 1.00mm = 1.00mm - l- lcc = 6.30mm = 6.30mm



Radar

Etude expérimentaleEtude expérimentaleLes échantillonsLes échantillons

ESES

face face rugueuserugueuse face lisseface lisse

24 cm

EESS

BBTMBBTM

mmensz mmenlcépaisseépaisse

urur


mm50.26

mm80.47

%1070.0

%1080.0

50.14

00.10

BBTMBBTM

face face rugueuserugueuse face lisseface lisse

17.5 cm

29

r

i3.04.4

i5.08.4



Radar

Le banc de mesure BACCARATLe banc de mesure BACCARATdiffusion totalediffusion totale

pot pot tournatournantnt

porte porte échantilléchantillonon

ellipsoïdesellipsoïdes

Mesures en transmissionMesures en transmission

Mesures en Mesures en réflexion à 0° et réflexion à 0° et à 30 °à 30 °

En bande Ka (28-40GHz)En bande Ka (28-40GHz)

cornetscornets

29.7cm

30



Radar


Les résultats en transmissionLes résultats en transmission

31

échantillon semi-infini sur la bande Ka? échantillon semi-infini sur la bande Ka?

Fréquence (GHz)

Coeff

icie

nt

de t

ran

smis

sion

(d

Bm

2/m

2)

ESES

BBTBBTMM



Radar

diffusion totalediffusion totaleLes résultats en réflexion à incidence Les résultats en réflexion à incidence normalenormale

ESES

32

face lisse

face rugueuse

Coefficient de diffusion (dB) - cas HHCoefficient de diffusion (dB) - cas HH

mesuresmesuresIEMIEM

Fréquences (GHz)


Fréquences (GHz)

BBTMBBTMface lisse

face rugueuse


Fréquences (GHz)

Fréquences (GHz)




Radar

Les résultats en Les résultats en réflexion à 30réflexion à 30

33

face rugueuse

Coefficient de diffusion (dB) - cas HHCoefficient de diffusion (dB) - cas HH


Fréquences (GHz)


ESESface lisse


Fréquences (GHz)

BBTMBBTMface lisse

face rugueuse


Fréquences (GHz)


Fréquences (GHz)



Radar

Conclusion sur l’étude Conclusion sur l’étude expérimentaleexpérimentale


34

Les écarts observés sont dus :Les écarts observés sont dus :

Incertitudes de précision inhérentes au système de mesureIncertitudes de précision inhérentes au système de mesure

Défauts de planéité des échantillonsDéfauts de planéité des échantillons

Difficultés rencontrées pour la Difficultés rencontrées pour la caractérisation de la rugosité des caractérisation de la rugosité des échantillonséchantillons

BBTBBTMM

5 5 cmcm

5

5

cmcmESES

5 5 cmcm

5

5

cmcm



Radar

Contexte de l’étudeContexte de l’étudeCalcul de la diffusion de Calcul de la diffusion de surface par la Méthode surface par la Méthode de l ’Equation Intégralede l ’Equation IntégraleCalcul de la diffusion de Calcul de la diffusion de volume par la Théorie volume par la Théorie du Transfert Radiatifdu Transfert RadiatifCalcul de la diffusion totale - Etude Calcul de la diffusion totale - Etude expérimentaleexpérimentaleEvaluation des interactions entre Evaluation des interactions entre une surface et un objet placé au-une surface et un objet placé au-dessus d’elledessus d’elleConclusion & Conclusion & PerspectivesPerspectives

35



Radar36

Bases d’une méthodologie d’étude du Bases d’une méthodologie d’étude du couplage entre une surface rugueuse et couplage entre une surface rugueuse et

un objet complexeun objet complexe

étude du couplageétude du couplage

md 10.0mh 40.0

isurfr 1.018.3

m31019.3

plan

équ

ipha

se

surface

faisceau incident

'i

'i

'i''i ''i

facette métallique

O

A

C

D

B 'O

h

L l''O

d

'R



Radar


37

Etude sur la position relative de la facette et de la routeEtude sur la position relative de la facette et de la route

A

C

vers la source

S'i

SR

'R

Evaluation de Evaluation de AC AC = R’= R’

2

'cos2'

22i

pd

R

i

ld

R'cos22

'22

pRR ''

zone prochezone proche

OGOG

'' RRl zone lointainezone lointaine

OP OP champ champ lointainlointain

lp RRR '''

zone intermédiairezone intermédiaire

OP OP complètecomplète

facette carrée de diagonale facette carrée de diagonale 2d

idR

'cos2'

22

lim

lim'' RRzone lointainezone lointaine

OP OP champ champ lointainlointain

lim'' RRzone prochezone proche

OGOGi’ angle

d’incidence ()

Dis

tan

ces

en

m

'Rlim'R

4

74

zone lointainezone lointaine

sisi 4'0 i 90'74 i

et et sisi

OP OP champ champ lointailointai

nn


74'4 issii

OGOG



Radar


Cas d’une surface lisse en Cas d’une surface lisse en asphalteasphalte

RésultatsRésultats facette

38

Polar HHPolar HH

i’ angle d’incidence ()

Ch

am

p t

ota

l r

étr

od

iffu

sé (

dB

)+

20

log

RS

totshhS SER


Ch

am

ps

rétr

od

iffu

sés

(dB

)+

20

log

RS



Radar

facette

étude du couplageétude du couplageCas de la surface Cas de la surface

rugueuserugueuse

39

Polar HH - sPolar HH - szz = 0.50mm, l = 0.50mm, lcc = 6.30mm = 6.30mm


Ch

am

p t

ota

l r

étr

od

iffu

sé (

dB

)+

20

log

RS

totshhS SER


Ch

am

ps

rétr

od

iffu

sés

(dB

)+

20

log

RS



Radar

Contexte de l’étudeContexte de l’étudeCalcul de la diffusion de Calcul de la diffusion de surface par la Méthode surface par la Méthode de l ’Equation Intégralede l ’Equation IntégraleCalcul de la diffusion de Calcul de la diffusion de volume par la Théorie volume par la Théorie du Transfert Radiatifdu Transfert RadiatifCalcul de la diffusion totale - Etude Calcul de la diffusion totale - Etude expérimentaleexpérimentaleEvaluation des interactions entre Evaluation des interactions entre une surface et un objet placé au-une surface et un objet placé au-dessus d’elledessus d’elleConclusion & Conclusion & PerspectivesPerspectives

40



Radar

conclusion & perspectivesconclusion & perspectives

41

En conclusion ...En conclusion ...

Etude théorique approfondie basée sur l’extension de Etude théorique approfondie basée sur l’extension de la théorie de Fung par Àlvarez-Pérezla théorie de Fung par Àlvarez-Pérez

Méthode de l’Equation Méthode de l’Equation Intégrale (diffusion de Intégrale (diffusion de

surface)surface)

Théorie du Transfert Théorie du Transfert Radiatif (diffusion de Radiatif (diffusion de

volume)volume)==Diffusion totale par des surfaces rugueusesDiffusion totale par des surfaces rugueuses

++

Etude paramétrique en configurations Etude paramétrique en configurations monostatiquemonostatique et et bistatiquebistatiquesszz varie de varie de /30 à /30 à /3 pour /3 pour

llcc = cte = cte

Validation expérimentale de certains résultats théoriquesValidation expérimentale de certains résultats théoriques

Application au calcul des interactions entre un Application au calcul des interactions entre un objet canonique et une surface rugueuseobjet canonique et une surface rugueuse



Radar


42

À court terme...À court terme...

ExploitationExploitation rapide rapide des calculs en fonction des calculs en fonction de sde szz et de l et de lcc , ,

Déduire des graphes ou abaques,Déduire des graphes ou abaques,

Modélisation « approchée » mais pratique d’une surface donnéeModélisation « approchée » mais pratique d’une surface donnée

Base de données de Base de données de qp qp en fonction de (sen fonction de (szz, l, lcc, , rr, , ii) )

Généralisation à d’autres types de Généralisation à d’autres types de surfaces rugueusessurfaces rugueuses

Diffusion de surface Diffusion de surface IEM pour les rugosités importantes IEM pour les rugosités importantes

Diffusion de volume Diffusion de volume étude amont dans la caractérisation des milieux étude amont dans la caractérisation des milieux



Radar

Dans le cadre d’activités Dans le cadre d’activités contractuelles ...contractuelles ...

OKTAL OKTAL SESE

Bases de données Bases de données virtuelles renseignées virtuelles renseignées

par les propriétés par les propriétés physiques des matériauxphysiques des matériaux

Restitution du terrain Restitution du terrain par des milliers de par des milliers de

facettes géométriques facettes géométriques planesplanes

Evaluation Evaluation des des

interactions interactions entre les entre les différents différents éléments éléments

43


Modélisation de Modélisation de scènes - scènes -

Simulation des Simulation des capteurs en ondes capteurs en ondes

millimétriquesmillimétriques



Radar

Etude des diffusions de surface et Etude des diffusions de surface et de volume par les surfaces de volume par les surfaces rugueuses diélectriques.rugueuses diélectriques.

Etude des interactions entre un Etude des interactions entre un objet 3D et une surface objet 3D et une surface

naturelle.naturelle.

P.F. COMBESP.F. COMBES H.J. MAMETSAH.J. MAMETSA

Fifamè KOUDOGBOFifamè KOUDOGBO



Radar

Etude en rétrodiffusion Etude en rétrodiffusion

mmlmms cz 27,66.0

i05.01.3 i5.43.7 i4.20.5

surface sèchesurface sèchesurface surface humidehumide

i05.01.3 GHz35 GHz94

Nashashibi & al. 1996Nashashibi & al. 1996

Coefficient de rétrodiffusion (dBmCoefficient de rétrodiffusion (dBm22/m/m22))

surface sèchesurface sèchesurface humidesurface humide


surface sèchesurface sèchesurface humidesurface humide


35 GHz35 GHz 94 GHz94 GHz



Radar

Bilans de Bilans de puissancepuissance

s i

i

s

sk

sh

svik

ivih

x

y

z

i

i

t

tk thtv

ik

ivih

tx

z

y

Fonction d’ombreFonction d’ombre

Etude à incidence obliqueEtude à incidence oblique

Etude à incidence rasanteEtude à incidence rasante

40i85i

(Fonction de Smith)

20 1dmA

20 1dmA



Radar

Exemple d’une surface lisse en asphalteExemple d’une surface lisse en asphalteii = 40 = 40 WPi 31066.7 co

ss

sins sin

s sins

coss

cos

s

sins sin

s sins

cossWPshtot

310041.1 WPthtot

310726.3

Bilan dans l’hémisphère Bilan dans l’hémisphère inférieurinférieurBilan dans l’hémisphère supérieurBilan dans l’hémisphère supérieur

sptotP tp

totPZZ

2

0ipP = +On montre que On montre que où où

0

00

Z ,,

0

02

rZ

Dans notre casDans notre cas thtotrPsh

totP W310686.7

2dBm 2dBm



Radar

En conclusion...En conclusion...

Surface Surface lisselisse métallique ou diélectrique et métallique ou diélectrique et incidence incidence 65° : le bilan est 65° : le bilan est satisfait satisfait

Surface Surface peu rugueusepeu rugueuse métallique ou diélectrique et métallique ou diélectrique et incidence incidence 65° : le bilan est 65° : le bilan est quasi-satisfait quasi-satisfaitSurface Surface rugueuserugueuse métallique ou diélectrique et à métallique ou diélectrique et à incidence rasante : le bilan estincidence rasante : le bilan est non satisfait non satisfait - diffusions - diffusions multiples, - fonction d’ombre, - puissance réactivemultiples, - fonction d’ombre, - puissance réactive

Surface lisseSurface lisse

Surface peu Surface peu rugueuserugueuse

Surface Surface rugueuserugueuse

Incidence Incidence normale à normale à obliqueoblique

Incidence Incidence rasanterasante

65i

ipP%56

ipP%98

ipP

ipP%20

ipP%90

ipP%16



Radar

asphalteasphalte

bétonbéton

35 GHz35 GHz 77 77 GHzGHz

94 94 GHzGHz

cm86.4 cm21.2 cm81.1

cm55.1 cm70.0 cm58.0

Géométrie de la diffusion de Géométrie de la diffusion de volume par un milieu multi-volume par un milieu multi-

couchescouches

milieu 1milieu 1 airair

milieu 2milieu 2 milieu isotrope milieu isotrope :: asphalte ou bétonasphalte ou béton

milieu 3milieu 3 milieu semi-infini milieu semi-infini : milieu 3 n’existe pas : milieu 3 n’existe pas

i

milieu 1

milieu 3

milieu 2

02 2 r

03 3 r

0

z

0z

dz



Radar

00 , II

Solution à Solution à l’ordre 0l’ordre 0

00 , FF

Solutions générales du système zIzI ,,,,,

La méthode La méthode itérativeitérative

0,,

0,,

zF

zF

conditions conditions aux aux

limiteslimites

Solutions générales du système zIzI ,,,,,

11 , II

Solution à Solution à l’ordre 1l’ordre 1

0,, zI sssq

conditions conditions aux aux

limiteslimites

ii

ip

sssqs

qpI

ImdBm

,

,cos4/ 220



Radar


Coeff

icie

nt

de r

étr

od

iffu

sion

(d

Bm

2/m

2)

béton - f = 94GHz - béton - f = 94GHz - rr = 4.17 - 0.36i = 4.17 - 0.36i (Sarabandi, Li)(Sarabandi, Li)

Coeff

icie

nt

de r

étr

od

iffu

sion

(d

Bm

2/m

2)




Radar

longueur de l’échantillon (en mm)

pro

fil

(en

m

m)

profil_ES

Profil de rugosité de Profil de rugosité de ESES

Calcul de la longueur de corrélationCalcul de la longueur de corrélation

coeff

icie

nt

de

corr

éla

tion

longueur de l’échantillon (en cm)

expérimentalfonction exponentiellefonction gaussienne

cl

Profil de rugosité de Profil de rugosité de BBTMBBTM

longueur de l’échantillon (en mm)

pro

fil

(en

m

m) profil_BBT

M

Calcul de la longueur de corrélationCalcul de la longueur de corrélation

coeff

icie

nt

de

corr

éla

tion

longueur de l’échantillon (en cm)

expérimentalfonction exponentiellefonction gaussienne

cl



Radar

Evolution des caractéristiques Evolution des caractéristiques diélectriques de ESdiélectriques de ES

Evolution de la partie réelleEvolution de la partie réelle Evolution de la partie imaginaireEvolution de la partie imaginaire

322.0moyenne

013.0 typeécart

396.4moyenne

004.0 typeécart

'r

moyenne

Fréquences (GHz)Fréquences (GHz) Fréquences (GHz)Fréquences (GHz)

''rmoyenne



Radar

Etude sur la position relative de la facette et de la surfaceEtude sur la position relative de la facette et de la surface


Dis

tan

ces

en

m

'RpR'

5.85.66



Dis

tan

ces

en

m

'RlR'2

79zone lointainezone lointaine

zone proche si :zone proche si : 5.66'5.8 i 2'0 izone lointaine si :zone lointaine si :

et si :et si : 90'79 i



Radar

Cas d’une surface lisse en Cas d’une surface lisse en asphalteasphalte

RésultatsRésultatsPolar HHPolar HH

facette


Ch

am

ps

rétr

od

iffu

sés

(dB

)+

20

log

RS


Ch

am

p t

ota

l r

étr

od

iffu

sé (

dB

)+

20

log

RS

totshhS SER



Radar

Cas de la surface Cas de la surface rugueuserugueuse

Polar HH - sPolar HH - szz = 0.50mm, l = 0.50mm, lcc = 6.30mm = 6.30mm

facette


Ch

am

p t

ota

l r

étr

od

iffu

sé (

dB

)+

20

log

RS

totshhS SER


Ch

am

ps

rétr

od

iffu

sés

(dB

)+

20

log

RS

Documents

D.EM.R. AD2M, Laboratoire Antennes, Dispositifs et Matériaux Micro-ondes Département ElectroMagnétisme et Radar Etude des diffusions de surface et de volume