Détection et localisation de cibles derrière un mur avec un système radar ULB

par Xiaowei Zhao

Thèse de doctorat en Automatique, Image et Signal

Sous la direction de Michel Ménard et de Alain Gaugue.

Soutenue le 16-11-2012

à La Rochelle , dans le cadre de Sciences et ingénierie pour l'information .

Le président du jury était Didier Demigny.

Le jury était composé de Jamal Khamlichi, Aymeric Histace.

Les rapporteurs étaient Didier Demigny, Emil Novakov.


  • Résumé

    Le cadre de cette thèse est centré sur l'étude d'un radar ultra large bande (ULB) en mode impulsionnel, pour la « vision » à travers les murs (VAM), qui présente de nombreuses applications tant dans le domaine militaire (lors des assauts, des prises d’otages, …) que dans le secteur de la sécurité civile (recherche de personnes dans des décombres, dans un incendie, ...). Pour ces utilisations, l’image réelle de la scène observée n’est pas nécessaire, seules certaines informations pertinentes suffisent : nombre de personnes, position, vitesse de déplacement, etc. C'est dans ce contexte que nous avons développé un dispositif expérimental de détection et des techniques de localisation de cibles derrière un mur. Le radar développé est constitué d’un émetteur impulsionnel couvrant la gamme de fréquence de 3 GHz à 6 GHz, et de trois récepteurs indépendants, associés à des algorithmes de localisation et de reconstruction d'image.Le premier algorithme repose sur une technique de trilatération. Une fois, le modèle théorique présenté, plusieurs méthodes de résolution sont étudiées pour l'estimation de la mesure de la distance de propagation du signal. La méthode de Brent-Dekker a été retenue pour sa rapidité de convergence et son faible nombre d’itérations. Bien que cette technique soit précise, elle ne permet pas d’obtenir une image de la scène, mais juste de localiser les cibles, sans apporter des informations sur ses dimensions. C’est pourquoi une seconde approche, basée sur une « formation de faisceau », a été étudiée, afin d'obtenir une représentation 2D de la scène. Nous avons choisi de développer une méthode de rétroprojection non cohérente, technique la plus simple qui ne nécessite pas de contrainte forte sur la phase du signal ni sur le positionnement des antennes. Différentes variantes de rétroprojection ont été proposées : la rétroprojection avec cross corrélation, la rétroprojection cross corrélation améliorée et la rétroprojection bicross corrélée. Ces trois méthodes reposent sur une fusion d'informations capturées par l'antenne réceptrice avec celles obtenues sur des antennes dites de référence. Cette fusion a permis d'améliorer progressivement le rendu des images.Pour conclure ses travaux, une perspective est ébauchée afin de minimiser le taux de fausse détection, elle s'appuie sur la collaboration de la technique de trilatération avec la technique de rétroprojection bicross corrélée. Cette collaboration permet de mettre en correspondance les détections estimées par la technique de trilatération et celles utilisant la rétroprojection bicross corrélée. Les cibles non appariées sont alors supprimées selon des critères spécifiques à chacune des deux approches.

  • Titre traduit

    Through the wall targets detection and localization with a UWB radar system


  • Résumé

    The content of this thesis is focused on the study of an UWB pulse radar for through the wall vision which has many applications in the military domain (assaults, hostage rescue,…) and in the civil security domain (people search in the rubble, in a fire).For these uses, the real observed scene image is not necessary, only some relevant information is enough: number of persons, position, velocity of movement, etc. It’s in this context where we have developed an experimental detection device and some through the wall targets localization techniques. The developed radar consists of a pulse transmitter covering the frequency range from 3GHz to 6GHz, and three independent receivers, combined with some localization algorithms and image reconstruction.The first algorithm is based on a technique of trilateration. Once the theoretical model is presented, many resolutions methods are studied for estimation of the signal propagation distance measurement. The Brent-Dekker method has been chosen for its fast convergence and low number of iterations. Although the trilateration technique is accurate, it does not allow obtaining a scene image, but just locate the targets, without providing their dimensions. Therefore a second approach, based on a “beam forming”, has been studied, in order to obtain a 2D scene representation. We have chosen to develop a non-coherent backprojection method, it is the most simple technique which does not require a strong constraint on the signal phase nor on the antenna positions. Different backprojection methods have been proposed: the backprojection with cross correlation, the improved backprojection with cross correlation and bi-cross correlated backprojection. These three methods are based on a fusion of captured information by the receiving antennas and with the obtained information on the “referenced” antennas. This fusion allows improving the image quality progressively.To conclude this work, a perspective is initiated in order to minimize the false detection rate, it is based on the cooperation of the trilateration technique and bi-cross correlated backprojection. This cooperation allows matching the estimated detection by the trilateration technique and the bi-cross correlated backprojection technique. The mismatched targets are removed according to some specific criterias to each approach.


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