Radar Passif Aéroporté : Analyse de l’impact de la propagation sur le traitement des signaux DVB-T

par Clément Berthillot

Thèse de doctorat en Traitement du signal et des images

Sous la direction de Marc Lesturgie.

Soutenue le 20-12-2018

à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....) , en partenariat avec CentraleSupélec (2015-....) (établissement opérateur d'inscription) et de SONDRA (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2004-....) (laboratoire) .

Le président du jury était Sylvie Marcos.

Le jury était composé de Marc Lesturgie, Pier-Fransesco Lombardo, Dominique Poullin, Agnès Santori.

Les rapporteurs étaient Stéphanie Bidon, Thierry Chonavel.


  • Résumé

    La détection radar passive met à profit des émetteurs non-coopératifs, déjà présents dans l’environnement, qui transmettent des signaux de télécommunications, de type DVB-T dans l’étude présentée.Elle utilise les réflexions de ces signaux sur de potentielles cibles et les exploite comme échos radar au niveau d’un récepteur aéroporté.Ces nouveaux systèmes de détection, par nature discrets et économes en énergie et en allocation de fréquences, étendent la surveillance à la basse altitude.Si les différentes étapes des traitements classiques utilisés en radar passif terrestre (estimation du signal de référence, réjection, filtrage adapté, détection)demandent d’être réorientées sérieusement pour répondre aux contraintes liées à la réception aéroportée,il en va de même du récepteur qui doit satisfaire les exigences matérielles de la plateforme aérienne.Dans ce but, un système expérimental embarqué sur motoplanneur a été développé permettant d’acquérir des signaux réels indispensablesà la compréhension de l’impact de la propagation des signaux DVB-T.La méthode d’estimation du signal de référence proposée permet d’une part, de lutter contre les fluctuations du canal de propagation induites par les multi-trajetsen exploitant la diversité d’antenne et d’autre part, de prendre en compte les variations temporelles en s’appuyant sur la méthode BEM (Basis Expension Model).Ensuite, une analyse théorique sur la répartition du fouillis de sol est apportée.L’exploitation des signaux expérimentaux permet de la valider par une analyse dans le plan distance-Doppler et angle-Doppler.Une projection cartésienne permet de mettre en évidence des échos forts confrontés avec la vérité terrain.L’estimation du signal de référence et la connaissance de l’étalement du fouillis de sol sont les piliers fondamentaux de la détection car ces composantes représentent deux contributions à rejeter.Pour le signal de référence, une méthode classique de réjection où les coefficients du filtre sont estimés au sens des moindres carrés est mise en oeuvre.Un filtrage spatial orthogonal à la direction d’arrivée du signal de référence est ajouté afin de diminuer l’impact du bruit émis.Le large étalement en Doppler et en distance nous a conduit à rejeter le fouillis sur des périodes de corrélation plus courtes.Les travaux présentés apportent une compréhension fine de l’impact de la propagation sur les traitements de détection en radar passif aéroporté et offrent des perspectives engageantesquant à la détection de cibles de moyennes à grandes Surfaces Equivalentes Radar.

  • Titre traduit

    Airborne Passive Radar : Analysis of propagation impact on DVB-T signal processing


  • Résumé

    Passive radar detection benefits from non-cooperative telecommunication broadcasters, already existing in the environment, such as DVB-T broadcasters.It uses signal reflections over potential targets. An airborne receiver takes advantage of it as radar echoes.This new kind a detection system is discrete, has low energy consumption, uses already allocated frequencies and broaden radar detection to low altitudes.Due to airborne constraints, the standard signal processing steps, as the receiving system need to be adjusted.Indeed a dedicated radar has been developped in order to get experimental signal, and therefore help deepen the understanding of propagation phenomenon.The proposed reference signal estimation allows to face channel multipath induced fluctuations on the one hand, and to take into account channel time variationsthanks to Basis Expansion Model (BEM) modeling. A theoretical analysis of the clutter spread is then drawn.Experimental results confirm the expectation in the range-Doppler and angle-Doppler domain.Besides a clutter cartesian projection highlights the major reflectors, that may be confronted to the terrain truth.Reference signal estimation and clutter spread constitute two radar detection pilars, as these components have to be cancelled.So as to reject direct path, space filtering orthogonal to the direct direction is also performed to suppress the impact of the transmitted noise.Then reference signal is cancelled via a standard rejection method based on least-square filter coefficients estimation.The large Doppler and range clutter spread, lead us to reject the reference signal over shorter correlation periods.The present work gives an accurate comprehension of propagation mechanisms impact on airborne passive radar signal processing andprovides a promising perspective regarding intermediate radar cross section target detection.


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