Une approche « Communication » pour la détection passive de cibles mobiles

02/09/2017
Publication REE REE 2006-1
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2006-1:19757
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Une approche « Communication » pour la détection passive de cibles mobiles

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Dossier NOUVELLES FORMES D'ONDE AGILES EN IMAGERIE, LOCALISATION ET COMMUNICATION Une approche « Communication » a a pour la détection passive de icibles mobilesc Par François PIPON, FrançoisDELAVEAU,Dominique HEURGUIER Thales-Communications, EDSISPMISBP Mots clés Détectionpassive, Fonctiond'ambiguïté multi-capteur, Goniométriehauterésolution, Réseaud'antennes, Communications numériques, Radiodiffusion, DVB-T Cet article présente une approche originale pour la détection passive d'aéronefs, qui exploite une connaissance a priori des signaux émis par des émetteurs de radiocom- munication ou de radiodiffusion. Introduction Cet article démontre l'intérêt des signaux et des approches « communication » pour la détection passive d'aéronefs. Des réseaux d'émetteurs radiocellulaires et d'émetteurs de radiodiffusion numériques, standardisés ou connus, permettent de détecter passivement des échos de cible avec des performances permettant d'envisager une couverture de l'espace aérien à grande échelle. Pour ce faire, une démarche naturelle (appliquée avec succès en métrologie ou en guerre électronique des communications) consiste à appliquer des procédures de réception proches de celles mises en oeuvre dans les récepteurs eux-mêmes, en démultipliant les performances par l'utilisation de trai- tements d'antenne appropriés (filtrage adapté spatial). Ces traitements utilisent les spécificités des signaux prévues par leur concepteurs pour la synchronisation temporelle et fréquentielle, l'estimation du canal de propagation etc., et en particulier, les signaux de références présents dans les voies de signalisation émises par les infrastructures de ces réseaux (middamble, codes pilotes, etc.). De plus, le décodage de la signalisation de ces réseaux (généralement peu protégée, au contraire du trafic utile), permet d'iden- tifier les émetteurs reçus et de leur associer les échos des cibles à des fins de pistage. Les performances accessibles en termes de portée, case distance, case Doppler et qualité de pistage sont conditionnées : . par la puissance des émetteurs et le déploiement des réseaux . par la qualité de la fonction d'ambiguïté des signaux de référence utilisés . par la récurrence des émissions des signaux de références (capacités d'intégration, ambiguïtés) SSENTIEL SYNOPSIS Cet article démontre l'intérêt, pour la détection d'aéronefs, des émissionsde radiocommunicationet de radiodiffusiontraitées en réception avec des techniques multi-capteurs, utilisant des signaux de référence connus présents dans ces émissions. Initialementdéveloppéespour la métrologie, ces techniques per- mettent une réception anti-brouillée très efficace de l'écho de cible (faceautrajet direct et à des interférences notamment),puis sa localisation Leurs potentialités sont illustrées pour un réseau d'émetteurs de télévision numériqueterrestre à la norme DVB-T, fonctionnant dans des bandes adaptées à la couverture des basses altitudes et des régions à fort relief, et produisant une case distancede 50 m, avec des portées jusqu'à 100 km sur un avion de SER10 m', accompagnéesd'informations de protocole et de planificationdu réseaufavorisant la fusion des localisations et la trajectographie. This paperdemonstrated the interest of the use of radio-commu- nicationand radio-diffusionemissionsfor airbornepassivedetec- tion, in relation to multi-channelsprocessingtechniquesappliedto known referencesignaisthat are presentinsidethese emissions. Thesetechniquesallow efficient anti-jammeddetectionsandloca- tion of target echoeseven face to a strong direct path.The poten- tial interest of this approach is illustrated for terrestrial Video broadcast networks (DVB-T standard), for which the distance resolutionis 50 m andthe potential range100km, with additional information about the protocol and the planningof the network that should improve the trajectography. REE No 1 Janvier2006 Une approche « Communication » pour la détection passive de cibles mobiles Cible C d (E ;,C) ; LEi.C *-- 0 "./Ae) 0 ('R Vitesse cible ........1iw d (C.) : Tc.R, H Il Einetteur DVB-T Ei tl (EiRi) ; T (Ip.'.fI' Récepteur Rj t-m frEB\ 7T-i )fTaMheBir Figtire 1. Pi-iiicile de la détectioii I) as.ive bistatiqbie. a par la nature des informations de signalisation accessibles (synchronisation, protocole) De bons compromis en termes de bilans de liaison, précision et ambiguïtés distance et Doppler peuvent être atteints de ce point de vue par l'exploitation des réseaux de télé diffusion terrestres TNT à la norme DVB-T (Digital Video Broadcast - Terrestrian), dont nous illus- trerons les potentialités en deux étapes : Etape 1 : filtre adapté spatial couplé au calcul de la fonction d'ambiguïté retard/Doppler du signal reçu avec une réplique du signal scattered pilot DVB-T Mise en oeuvre sur un réseau d'antennes de réception, cette technique permet de travailler en présence ou en l'absence de trajet direct, avec des émetteurs mul- tiples partageant la même porteuse, sans hypothèse sur la direction de la cible et sans démodulation des signaux de communication. Par intégration sur quelques millisecondes de signal, elle produit directement une détection anti-brouillée très efficace de l'écho de cible, en lui associant sans ambiguïté l'émetteur corres- pondant, et une mesure d'instant d'arrivée précise, avec des portées très significatives. En outre, par post- intégration sur quelques centaines de millisecondes, une case Doppler de quelques hertz peut être obtenue. Enfin la localisation, a priori elliptique, peut être ren- forcée a posteriori par une DOA (goniométrie haute résolution), et ouvre la voie à de nombreuses techniques de pistage. Etape 2 : exploitation des mesures produites à des fins de localisation et de trajectographie Dans tout réseau de communication, les émetteurs res- pectent un protocole global de communication, qui struc- ture très fortement les signaux émis, les messages échan- gés, etc., et qui relève dans de nombreux cas (DVB-T, GSM, etc.) d'une normalisation connue. La présence de plusieurs émetteurs partageant la même porteuse est traitée par la détection anti-brouillée, et l'association est directe entre l'écho de cible et l'émetteur dès la détection. Dès lors, la localisation et/ou la trajectographie de la cible peu- vent exploiter très efficacement cette association et la mul- tiplicité des « points de vue sur la cible » en configuration multi-statique. De plus cette classification, par nature non supervisée, peut tirer profit de la richesse des protocoles, qui offrent de nombreuses capacités de discrimination (synchronismes entre émetteurs, décodage des identifiants et parfois même de la localisation des émetteurs...). Des informations de nature numérique ou symbolique très complémentaires peuvent ainsi être intégrées dans le pro- cédé global de trajectographie (fiabilisation, accélération). 2. Principe de la détection passive bistatique Le principe de la détection passive bistatique est illus- tré sur la figure suivante. Le signal issu de l'émetteur, et reçu par le récepteur radar suivant deux composantes, correspond au trajet direct et au trajet réfléchi par la cible (écho). Le signal reçu par le récepteur, x(t), s'écrit ainsi : x (t) = a, s (t- r,l) + a,- s (t- -r,-) e2 j,7Af. t+ b (t) (2. 1) où : s (t) est le signal émis, de bande B sur la porteuse f, b (t) est le bruit de réception, ad et a,. sont les atténuations du trajet direct et du trajet réfléchi, Td et ï. sont les temps de propagation du trajet direct et du trajet réfléchi, REE No 1 Janvier2006 Dossier NOUVELLES FORMES D'ONDE AGILES EN IMAGERIE, LOCALISATION ET COMMUNICATION Af- est le Doppler du trajet réfléchi (le Doppler du trajet direct est nul), 'vest la vitesse de la cible, c la célérité de la lumière, OEC et OCRsont respectivement les angles entre v et les vecteurs C Cet CR Les temps de propagation des trajets directs et réfléchis s'écrivent ; Td =d (Ei,Rj) l,. et T,. = [d (Ei,C) + d (CR'i)] Ic L'estimation de la différence entre les instants d'arrivée des deux composantes AT = T, - Td permet de placer la cible C sur un ellipsoïde dont les foyers sont l'émetteur Ei et le récepteur Rj : d(.C) + d(C,R) = c T, = C(AT + T) = c Aï+ d(E,, Ri)= cte Le décalage Doppler du trajet réfléchi permet lui de déterminer la vitesse de la cible : v Afl. _ [COS (8EC) + COS(9CR)] A (2.2) Afin de pouvoir déterminer la position de la cible avec un seul récepteur Rj, plusieurs émetteurs doivent être pris en compte (NB : il est possible aussi d'utiliser un réseau de récepteurs synchronisés) : . si 3 émetteurs sont disponibles, la cible se situe à l'intersection des 3 ellipsoïdes, . lorsque l'altitude de la cible est faible devant la distance aux foyers, on peut ne considérer que deux émetteurs et approximer le lieu de la cible à l'intersection de deux ellipses, . en effectuant une goniométrie azimut/site sur chaque cible détectée (voir § 3.3.4), il est possible d'effec- tuer la localisation à partir d'un seul couple (E, R). Remarque : La détermination de l'instant d'arrivée du trajet direct est nécessaire pour appliquer le principe décrit ci-dessus. Dans certains cas, le trajet direct peut ne pas être détecté par R (zones montagneuses, distances importantes). La solution est alors d'apprendre la réfé- rence temps de l'émetteur, par exemple en disposant un autre récepteur Ro en « vue directe » de Ei, et synchroni- sé avec R. On utilise sur Ro les mêmes traitements que sur Ri (voir § 3 et §4).-} 3. Traitement radar 3.1. Introduction Dans la suite, nous supposons que le signal émis contient des séquences de référence connues du récepteur, ce qui est le cas de la plupart des formes d'onde utilisées actuellement en communications radio numériques (GSM, UMTS, IS95, CDMA2000) ou en radiodiffusion (DVB-T, DVB-H...). Nous présentons tout d'abord le traitement monocap- teur exploitant de telles séquences de référence, puis son extension au cas multi-capteur. L'application au DVB-T est traitée au 4. 3.2. Traitement monocapteur Le traitement radar envisagé dans cet article consiste à corréler le signal reçu avec le signal de référence émis d (t), corrigé des différentes valeurs de décalage Doppler à tester, pour différentes valeurs du décalage temporel de la séquence d'apprentissage, et ce, après un filtrage en bande de base et un échantillonnage convenables des deux signaux (fréquence F). L'analyse de la fonction d'ambiguïté yfï,A/) ainsi obtenue permet de détecter sur chaque case distance/ Doppler la présence ou l'absence d'une cible. 'v-1 (,r ,f) = 1 x (iip' (ii-r) e Y n-n y ( 4f - if Fe (3.1) N représente le nombre de points sur lequel la corré- lation est effectuée et détermine la résolution Doppler du traitement (FIN). Si la séquence de référence est trop courte, le traitement est effectué en intégrant de façon cohérente sur plusieurs séquences consécutives. y(A/) est la somme des trois composantes ci dessous : Trajet direct v -2j7 AI ilFei N-1 2 j7 Ai , (T,f) = N- YW ad S (l -Td Ft, 11-0 Trajet réfléchi I N_ 1 Y,. (T,Af) = i N-1 Cil S (il - T,. P' (iï--r) e - YW N ,-n -2j,7 (Ai -1f,) lïFi, Bruit 1 ; i=Q A-) (3.2) Y, (-r, if) =1 1 B (IIP> (n-T) e N J ? =u -2.i,7 Af liT'cl _?ji n Fe Le traitement monocapteur permet de détecter les signaux les plus forts, (le plus généralement le trajet direct). La détection de l'écho de cible requiert le plus souvent les traitements multi-capteurs décrites dans la suite'. Remarque : Le signal de référence d (t) peut corres- pondre au signal total émis sur certaines portions (cas L'échoestle plussouventreçutrèsatténuéparrapportautrajetdirect :jusqu'à 100dB danslescasextrêmes(cf. § 4.5.3). REE ?) Janvier2006 Une approche « Communication » pour la détection passive de cibles mobiles GSM par exemple : séquence d'apprentissage située au milieu de chaque burst), ou encore à une partie du signal émis (cas UMTS par exemple : la référence est le canal pilote P-CPICH émis en parallèle des canaux de données) ; pour le signal DVB-T (multi-porteuses), le meilleur signal de référence est constitué par les porteuses " scattered pilot " représentant une porteuse sur douze. 3.3. Traitements multi-capteur 3.3,1, Introduction Les traitements multi-capteurs sont baséssur l'utilisation en réception d'un réseau de plusieurs antennes. A partir d'un tel réseau, il est possible de mettre en oeuvre deux types de méthodes : . Le filtrage spatial (FS) permet la réception d'un signal utile en présence d'interférences, c'est-à-dire mélangé avec tout autre signal radio possédant une cohérence spatiale (le trajet direct de l'émetteur, un autre émetteur occupant la même fréquence - cf. réseau DVB-T en mode SFN-, un brouilleur, etc.). Il fiabilise notablement la détection du trajet réfléchi en présence du trajet direct (gains d'environ 40 dB lorsque le traitement est réalisé numériquement). Ces gains s'ajoutent au gain de corrélation et de soustraction Doppler du traitement monovoie. La gonioniétrie haute résolution permet de déterminer la direction d'arrivée d'une émission en présence d'interférences. 3.3.2. Expression du signal mu/ti-capteur Le vecteur signal issu d'une source radio-électrique s (t) reçu sur un réseau de K capteurs vérifiant l'hypothèse de bande étroite par rapport à la taille du réseau 2@s'écrit : x (t) = s (t) s (3.3) avec s : vecteur directeur du signal reçu : s = [exp (j0i) ... (jA) F (3.4) A = 2n (RA) cos (O- (xk) cos(A) : déphasage de x sur l'antenne k par rapport au centre du réseau (Ro), coordonnées polaires du capteur k e et A, azimut et site du signal reçu. NB : s est indépendant du temps sur un horizon temporel où la cible ne « bouge » pas trop. A une distance de 100 km pour une cible de vitesse Mach 2, la variation angulaire maximale est 0,3'/s. 3.3.3. Application du filtrage spatial : critère de détection multi-capteur Le filtrage spatial (FS) consiste à pondérer en amplitude et en phase les signaux reçus sur un réseau de capteurs, de façon à optimiser la réception du signal utile en présence d'interférences. Le but est d'obtenir un diagramme de rayonnement équivalent présentant un trou en direction des interférences, et optimisé dans la direction du signal utile. La figure suivante illustre ce comportement en présence de deux sources dans le cas d'une propagation par trajet direct. Différents critères permettant d'adapter le vecteur de pondération complexe w peuvent être mis en oeuvre en fonction de l'information disponible sur le signal utile. Le filtre optimisant le rap- port signal à (bruit + interférences) est dénommé Filtre adapté spatial (FAS). Il peut être mis en oeuvre lorsque le signal utile comporte une séquence d'apprentissage connue du récepteur, et s'obtient alors en minimisant l'er- reur quadratique moyenne (EQM) entre le signal de sor- tie du filtre spatial et la séquence d'apprentissage. Pour la détection passive, le FAS t (ï, A/) est mis en oeuvre sur chaque case distance/Doppler (T, A/) de la fonction d'ambiguïté en minimisant l'EQM entre le signal de sortie du filtre spatial wl (T, Af) x (n), et la réfé- rence d décalé en temps et en Doppler, soit d (n - T) e2jn (AilFe),i (H : tran sposition-conj ugai son) (3.5) EQM (r.if) =' : N ii=O w H (T,,f) x (iî) - d (ii - -r) e 2 i,7M Fe La solution est donnée par la formule de Wiener : w (T,Af) = Rxxl rxd (T'f) (3.6) avec : R xx i N-1 1 - 1 x (n) x (ii) N,,-n H 11=0 matrice d'auto-corrélation de x, indépendante de fï,A/). 1 N-l 1 r.,, (-r,Af) = 1 lx (iip' (n--r) e N li-0 -2 jy Ai il FeF vecteur d'intercorrélation de x et d corrigé du décalage Doppler et du temps de propagation'. Ensuite, sur le signal en sortie du filtre spatial, on applique une nouvelle corrélation avec la référence décalée en temps/Doppler. On obtient au final la « fonction d'ambiguïté retard/Doppler multi-capteur » explicitée 2 , 3 C'est-à-direDie « I/ où D estle diamètredu réseau. Calculer rxd,revientà parallélisersurchaqueantennele calcul d'ambiguïtémono-capteur. REE Wl Janvier2006 s s i e r NOUVELLES FORMES D'ONDE AGILES EN IMAGERIE, LOCALISATION ET COMMUNICATION di,ic-q lifte d' ; iittelkllq C'I:1.S,S1(hl p diasi m e J -innne Anh-bumdlp ciml-.Iifip Etej- : e rectl -.11 11 -11,i 1 1 A L } - 1 '-- " -- ..--....... ,, \.'-' " - / . " ".\. " "', "'/ -''-\'' -'''-1 Aj-U-E''tIIs. tM) lurci-h ! :uil1ae 1 1 1 1 "'- b -ÉuilL - 1 0 fie iR l'mf.ir - NOTA : pasbesuinNOTA : pasbein . ", tomp;.".. ;\,, ;, :I NOTA : pasbesoindecalxerlesaniennes It Réception classique mono voie filti kize 1 (1,-kpt,-Itif 4pâqmë 1 + enLetw 2:lpp&yoém sigrtal :v:·_:.-s I + en'.eca â T.'7J ('1$ ;.} 1 C_i (__ : : L 17' "â DètD, ; ") lt , t - ] tffiITj (fudk),_, .' Réception multi-voies Ave (filtrage adaptatif AppHquefflsiVkal Figtii-e 2. Illtistratioii citiIl filtrage spatial ci-dessous (elle est dénommée aussi « critère multi-capteur » dans [1] et [4]) : CT i N-1 Ml :' (-r., f') x (i,i) d : eN ] =0 Al' 2j,r Il (3.7) HFt, = W -rcA Ce critère se simplifie grâce à (3.6) sous la forme : C(f) = rxd H (f) R r NOTA : L'un des principaux avantages pratique du FAS est le couplage entre le filtrage spatial et le calcul d'ambiguïté (effectués conjointement). Pour chaque case distance/Doppler considérée, le FAS maximise le rapport signal à bruit sur le trajet de propagation détecté. Cela améliore très fortement les performances pratiques par rapport à un traitement plus classique. De plus, le FAS traite « en aveugle » toutes les directions simultanément, sans hypothèse a priori sur la direction de l'écho. 3 » 3.4. Goniométrie Le schéma fonctionnel ci-dessous explicite la mise en oeuvre du FAS : détection ,' Filtrcspncial... \>seuil ? i i ,.. Criore Kliiiiiiie roM C.alcul et réalisationdu filtrespatial '17 ,SéqLteiice Li Lirt chaquec ; ise distance/Doppie ;'chuquecasedislance/Doppler Figure 3. Scliéjiiafonctioniiel de la détection initlti-capteur Un fois l'écho détecté par le FAS, il peut être intéressant d'en fournir la direction d'arrivée par une goniométrie (azimut/site) appliquée sur la case Doppler/distance cor- respondante. Plutôt qu'une formation de voie classique ou adaptative, deux types de traitements sont généralement appliqués en radiocommunications, qui ne nécessitent là encore aucune hypothèse a priori sur la direction : . L'interférométrie corrélative permet de traiter les cas où une seule émission est présente. . Les méthodes à haute-résolution, telle que MUSIC ( [31), permettent d'obtenir les directions d'arrivée de plusieurs sources simultanément reçues avec une grande dynamique de puissance, par décomposition en sous-espaces propres de la matrice d'auto corréla- 4 Dans l'OLS par exemple, les interférences sont éliminées en amont de la corrélation par un filtre spatial identique pour toutes les cases Doppler/distance. et qui n'optimise pas le rapport signal à bruit. REE Wl Janvier 2006 Une approche « Communication » pour la détection passive de cibles mobiles JL F, T s TERRES rWrs,n ·t,ootei - N D"iT'i..- !.;.jfi.-h?;1 Jtttr n'yp.ï'f'.''" '' ! TERRESTR!AL . ;' " ""''''' Figute 4. Déjloiei7ieiit iiioiidial du DVB-T (d'cil) rès site tiitorg). tion du signal (R) - Dans l'application visée ici, elles sont généralement nécessaires pour le traitement de l'écho de cible, qui reste beaucoup plus faible que le trajet direct malgré la réjection Doppler. Avec un réseau de K capteurs, ces méthodes déterminent en théorie la direction d'arrivée de K- 1 sources. En pra- tique, on traite très efficacement K12 sources avec K capteurs (ex : 2 sources avec 5 capteurs). Dans les deux cas, le traitement de goniométrie proposé ici est basé sur le calcul du vecteur d'inter- corrélation /T, A/) présentée au paragraphe précédent, et non pas sur le signal d'entrée . rT,A/) se décompo- se suivant les composantes « trajet direct » et « trajet réfléchi » sous la forme : rxd (r,f) = (-r, Àf) s, + Y,- (T Af') s,. (3.9) (3.9) +ïbd () avec : . Sd et : vecteurs directeurs du trajet direct et du trajet réfléchi, · et y (i,4f) et y fï,A/) : contributions « monocap- teur » du trajet direct et du trajet réfléchi, rbd (T,Af) : contribution du bruit. Lorsque le rapport signal à (bruit+interférence) obtenu sur la case distance/Doppler (ï,-, ! J.f ") du trajet réfléchi est suffisant (augmentation suffisante du contraste entre l'écho de cible et le trajet direct et/ou le bruit par l'intégration sur les N échantillons de la référence), une interférométrie à partir de rxd (Ti,Afi) permet de déter- miner l'azimut et le site d'arrivée du trajet réfléchi. Si le contraste est insuffisant, une méthode à haute résolution est nécessaire. On l'applique à la matrice d'auto-corrélation RIT du vecteur rxd(,T,,A/,) obtenu sur M portions consé- cutives du signal d'entrée : 1' 1 rxd (m,r,,Af,,) = -yx (ii+mNp A/-/ i 1\1-1 Nu li-0 '01-T,) e - ! 4fr n+rnN)-2j,r'f' (it+iiin) ' (3.10) M-l -( f) =R,.r \Z 4J l - - rxd \W,. J r l m 1) 1-0 H (3.11) r,,d (m, r,. Aj'l.) 4. Application à la forme d'onde DVB-T 4.1. Introduction : motivation pour l'utilisation d'une forme d'onde DVB-T La forme d'onde DVB-T utilisée en télévision numérique terrestre (TNT) constitue un excellent candidat pour la mise en oeuvre des traitements précédents : . Elle a une vocation mondiale, et les réseaux sont actuellement déployés ou en cours de déploiement dans la plupart des pays européens. En France une vingtaine de sites répartis sur tout le territoire fran- çais sont opérationnels, une centaine est prévue à l'horizon 2007 (cf. figures). · Les émetteurs mettent en oeuvre des puissances importantes (>30 kW pour les plus puissants) dans la gamme 400 - 700 MHz, qui laissent envisager des portées significatives (voir § 4.4). . La modulation OFDM utilisée a une bande passante de 7,61 MHz (case distance environ 50 m). . Les « scatterred pilot » (voir § suivant), constituent des signaux de référence permanents et de bonne qualité dans le signal DVB-T (voir § 4.3). . Chaque émetteur DVB-T émet une signalisation qui facilite l'association des mesures. REE NO 1 Janvier2006 Dossier NOUVELLES FORMES D'ONDE AGILES EN IMAGERIE, LOCALISATION ET COMMUNICATION l, 1 ",',' ; " :,,',, ", :, t'Lats umm- -TjjBa *-MaME iOL " " " ". " \ *--. 'A'EXS.Q \=OMMW YW: · E'r011 G^dM . 1£1Ja-aTB.-éN1RIt,- h ! Eavb. t-a'm mwJ . . tMMan t.. =..'.. ./n j-f J'--L, l, YIV.) *D. fl)XXXi (X.CCOCC'JOCCC :X) ,It'Y'rc"-,,-,.-,y,,-.,-..i.. " " V' " " \ " X " -'-' (-'' " \'Y- ',.v'-,''--AJ,j...'v)..A..'J\..._.''',,..1..,-...- Ocoeccoe'-x ; cocoo<'xxx'., _ CCCCC'xX'OOjOCC' : 30t "''' ! :'C<'CCCOCCÇC. !'CC " "' " OOC4KXJC ; : c'ccococcwocûcocbo''''' cocc.cccoeootccocc--oocc'.x : : rcjco.cocc , = 0,5 m . Surface équivalente radar de la cible : SEQR = 10 rrr ( « avion ») ou 1 m' ( « missile ») . Emetteur DVB-T de puissance PE.GE = 30 kW = 75 dBm . Facteur de bruit réception : F = 5 dB => niveau de bruit : N = -100 dBm. . Gain du système antennaire : GR = 9 dB (5 antennes dipôles en réception) . Vitesse de la cible : v = 600 m/s (Mach 2) . Les distances émetteur-cible et cible-récepteur sont identiques : d = d (Ei' C) = C, J Pour effectuer une intégration cohérente, le Doppler de la cible ne doit pas trop varier par rapport à la résolution Doppler. On tient compte d'une valeur pratique Afiiiax égale à 1/5 de la résolution Doppler. Le Doppler de la cible étant donné par l'équation (2.2) du paragraphe 2, sa valeur maximale est égale à 2vl, = 21600/0,5 = 2400 Hz, sa variation maximale est 2v/. 80, où 80 est la variation de J'angle entre le vecteur vitesse de la cible et le vecteur CR i (80 = v T Id où T est la durée d'intégration). La condi- tion pour une intégration cohérente est donc : 2v À ôo = 2 2 V r Ni < Afl miix d> 2 V -U2 ÂAf,nmax REE Wl Janvier2006 Dossier NOUVELLES FORMES D'ONDE AGILES EN IMAGERIE, LOCALISATION ET COMMUNICATION Elle conduit aux ordres de grandeurs suivants : . T = 4 Ts = 3,7 ms => AfiIOX = 350/5 70 Hz => d > 76 m . t = 100 Ts = 92,4 ms => Afliiax 14/5 = 2,8 Hz => d > 48 km Compte tenu des portées visées (de l'ordre de 50 à 100 km), une intégration cohérente est donc possible sur des durées inférieures à 100 ms. Au delà, une intégration incohérente ou des hypothèses sur la variation de Doppler de l'écho doivent être appliquées. Le gain du traitement temporel est alors : GT 10 log, o (Nss-joi-teiises-SCIilot *] ,nîboles) (34 dB pour T 4Ts et 48 dB pour T = 1 OOTS) 4.4.2. Détection face au bruit Dans le bilan de liaison pour le signal réfléchi par la cible, le niveau de l'écho reçu s'écrit : (4.1) secp " P£'GE. .s .GD. k ECP\ - 1 E * " E' 4 (E/,C ;' 4 (C,/P/ 4jr Après le traitement temporel (cohérent), ce niveau devient S'ECR = SECR + GT et le rapport signal à bruit s'écrit CIN = S'ECR -N. Le tableau en montre les évolutions pour la cible « avion » selon la distance d, compte tenu d'une intégration cohérente sur IOO.Ts : d (km) ---SECR (dB M) S'ECR (d B m) CIN (d B) - _._..._--'- 50 -133 -85 l- 80 -141 -93 7 100 -145 -97 Les expérimentations réalisées avec le traitement ANTIUM, de classe « métrologie », ont démontré qu'un C/N égal à 14 dB était suffisant pour effectuer la détection d'un signal DVB-T en utilisant la référence « scatterred pilot ». Ce signal de référence étant 11 dB sous le signal global, la limite de détection, lorsqu'on utilise le signal global émis comme référence, est C/N = 3 dB (NB : le signal global peut être connu par démodulation -cohéren- te- du trajet direct si ce dernier est reçu, ou encore par connaissance a priori du contenu lorsque l'émetteur est spécifiquement déployé). NOTA : il est possible de gagner de l'ordre de 8 à 11 dB sur les bilans précédents avec un système de classe « SIGINT » aux performances renforcées par un traitement optimisé (+ 5 à 6 dB), des antennes directives (+ 3 à 4 dB), un facteur de bruit réduit (+1 à 2 dB). Ainsi, sur une cible « avion » et avec une durée d'intégration cohérente de 100 Ts (== 100 ms), . une portée de 50 km à 100 km est réaliste en utili- sant comme référence le seul « scatterred pilot », . une portée supérieure à 100 km est accessible avec une référence égale au signal global émis. Sur une cible « missile », on obtient une perte de 10 dB par rapport au cas précédent, ainsi : . une portée de 30 à 50 km est réaliste en utilisant le « scatterred pilot » seul, . une portée supérieure à 50 km est accessible en utilisant comme référence le signal global. 4.4.3. Réjection du trajet direct La détection du trajet réfléchi par la cible suppose que l'influence du trajet direct peut être éliminée par la com- binaison : . du traitement multi-capteur (qui permet pour le DVB-T une réjection supérieure à 40 dB), . du traitement d'intégration du radar qui permet une réjection Doppler de l'ordre de GT, soit 48 dB sur , = 100 Ts en utilisant le scattered pilot (58 dB en utilisant le signal global). D'après les résultats du paragraphe précédent, afin de pouvoir effectuer la détection du trajet réfléchi par la cible en utilisant le signal de référence formé par les « scatterred pilot », le rapport entre les puissances des deux trajets en sortie du traitement radar doit vérifier : Scat. Pilot seul T = 100 Ts : S'ECR/S'ER = SECR/SER+40+48 > 14 dB soit SERI SECR < 74 dB Signal global T = 100 TS : S'ECR/S'ER = SECR/SER+40+58 > 14 dB soit SER l SECR < 84 dB Scat. Pilot seul T = 1000 Ts : S'ECR/S'ER = SECR/SER+40+58 > 14 dB soit / SECR < 84 dBS,,, < 84 dB A étant l'atténuation de propagation sol/sol du trajet direct, le niveau reçu du trajet direct s'écrit : SER = PE.GE.AGR (4.2) A dépend du régime de pertes de propagation sol/sol et de la distance d 111.Par exemple, pour une hauteur d'antenne d'émission 150 m et une hauteur d'antenne de réception 20 m, l'atténuation du trajet direct est de l'ordre de 127 dB à 50 km (régime «diffraction »), et 165 dB à 6 En pratiqtie 1/d'<16n2A (d)/,2< 1/d'. REE N 1 Janvier2006 Une approche « Communication » pour la détection passive de cibles mobiles 100 km (régime «ondes de sol » au delà de l'horizon radio- électrique). Ainsi pour un cible « avion », nous avons : . à 100 km, SER = 75 - 165 + 2 = - 88 dBm => / SECR < -88 + 145 £ 57 dB : le trajet direct est réjecté. à 50 km, SER = 75 - 127 + 2 = - 50 dBm => SERI SECR < -50 + 133 < 83 dB : le trajet direct est réjec- té en utilisant le signal global comme référence ou en allongeant T (GT = 58 dB => SERISECR = 73 dB). . dans les deux configurations, la contribution du traitement multi-capteur est indispensable. . pour une cible « missile », les hauteurs et les directivités d'antennes doivent être étudiées afin de s'adapter au relief et à l'atténuation du trajet direct. fB Ed e u r s 5. Conclusion Dans cet article, nous avons présenté un traitement radar multistatique exploitant les signaux émis par les émetteurs de radiocommunications et de radiodiffusion. Appliqué à la forme d'onde DVB-T, il permet d'envisager la détection passive et la localisation à 50 mètres près de cibles, avec des portées jusqu'à 100 km sur des avions et jusqu'à 50 km sur des missiles, et ce avec une réjection efficace du trajet direct par la combinaison du traitement multi-capteur et du traitement Doppler. Enfin, nous avons souligné que l'association en amont des échos de cible aux émetteurs, les informations de protocole et de plani- fication obtenues sur le réseau (identité et synchronismes entre émetteurs, etc.) favorisent les post-traitements tels que la fusion des localisations et la trajectographie. Références 11 P CHEVALIER, F. PIPON. " Synchronisation d'un modem malgré la présence de brouilleurs ", brevet n'9400634 déposé le 21-janv-94. [2) F. DELAVEAU, D. HEURGUIER, P BUSCAILHON, F, PIPON, E. GROSS, "Procédé de détection et localisation multista- tique d'aéronef par l'utilisation des émetteurs de diffusion et de télédiffusion analogique et numérique ", publication FR 2 858 061. Dépôt le 26 janvier 2005 sous la référence EP 1 500 951, [3J R.O. SCHMIDT, "Multiple Emitter Location and Signal Parameter Estimation ", IEEE Trans. Ant. Prop., Vol 34, N'3, pp. 276-280, March 1986. [41 Site Web ANTIUM : http ://l 95.101.39.156/sensors-processing. [5] Site Web DVB-T : http ://tnt.org/ François Pipon est né en 1964 à Melle (Deux-Sèvres), Il est ingénieur diplômé de ! e Polytechnique depuis 1987 et de 'Eco ! e Nationale Supérieuredes Techniques Avancées depuis 1989 En 1989 il rejoint la société Thomson CSF/RGS(mainte- nant Thalés Communications) en tant qu'ingénieur d'études en traitement d'antenne où il travaille aussi bien sur la goniométrie à haute résolution que sur les antennes adaptatives. Depuis 1993, il mène parallèlement des activités indusirielles (études, expérimentations, expertises, management,...), et des activités de recherche. A partir de 1998, il travaille à la conception et au développement d'un produit d'analyse d'Interférences multi- antennes, appelé SMART AIR, pour les réseaux de radiocom- munication et de radiodiffusion (GSM, DVB-T,UMTS, S95, etc). Ses recherches actuelles portent sur les techniques d'égali- sation multi-antennes et de réjection d'interférences, pour les réseaux de radiocommunications F/TDMA (réseau GSM en particulier) et CDMA, les télécommunications par satellite, les liaisons ionosphériques HF, le contrôle du spectre et l'écoute passive en HF/VUHF.F Pipon est co-lauréat du prix "Science et Défense 2003" décerné par le ministère de la Défense française pour l'ensemble de ses travaux relatifs au traitement d'antenne pour les radiocommunications militaires F.Pipon est auteur ou co-auteur de 14 brevets et de plus de 20 publications (Journaux et Conférences). François Delaveau est né en 1964, Diplômé de l'Ecole Nationale Supérieure de TechniquesAvancées en 1987, titulaire d'une maîtrise et reçu à l'agrégation de mathématiques en 1990, Francois Delaveau est entré à la société Automation Electronique et recherche Opérationnelle en 1988. Il y a travaillé principalement au profit des services prospectifs de la DGA Etudes et modélisations scientifiques ; spécification et réalisa- tion de logiciels de calcul et de simulations ; traitements de détection localisation RADAR et SONAR, propagation en milieu aléatoire (I.Rouge, acoustique) ; diffusion électromagnétique et acoustique (calcul d'antenne, anéchoïsme). Il a rejoint Thalès Communications en 1997 (domaine « Electronic Warfare ») pour développer des lignes de produits dédiés à la métrologie (analyseur vectoriel LG 118, ligne de pro- duit SMARTAIR). à l'analyse et à la goniométrie des signaux de radiocommunication (réseaux cellulaires notamment) Dans ce cadre, il a aussi réalisé de nombreuses études prospectives et différents démonstrateurs de systèmes COMINT. Il a contribuéen tant qu'auteur principalou co-auteurà une dizaine de publications et à une dizaine de breveis. Dans le cadre de l'unité transverse EDS de Thales Communications, il dirige le laboratoire SBP « Signaland Blind Processing » depuisJanvier2004, Dominique Heurguier est né en 1961 à Nogent-sur-Marne (Vaf-de-Marnei. Il est ingénieur diplômé de l'Ecole Nationale Supérieuredes Télécommunications (1986)et titulaire d'un DEA de recherche opérationnellele de'université PARIS VI (1987). Il est ingénieur généraliste à Thales depuis 1998 et son domaine d'expertise concerne principalement les activités amonts en localisation et pistage, fusion de données, télécommunications (guerreélectronique et contrôle du spectre) et traitement de l'in- formation. REE Wl Janvier2006