Analyse et prédiction comportementales du radar GPR polarimétrique de la mission spatiale EXOMARS

par Alia Hamadi

Thèse de doctorat en Électronique des hautes fréquences, photonique et systèmes. Communications optiques et micro-ondes

Sous la direction de Alain Reineix.

Soutenue en 2010

à Limoges , en partenariat avec Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques (autre partenaire) .

mots clés

• Exomars
• Gpr
• Wisdom
• Mars (planète) -- Géologie
• Radar à pénétration de sol
• Radar -- Antennes
• Dosimétrie

Résumé

Cette étude est réalisée dans le cadre de la mission spatiale EXOMARS, en collaboration avec LATMOS (Laboratoire Atmosphères, milieux, observations, spatiales). Les objectifs sont explorer la planète Mars pour la recherche de signes de vie passée ou présente, l’étude de la distribution de l’eau dans le sous sol martien et l’étude de la géologie de Mars. Cette mission consiste à envoyer sur la surface de Mars un véhicule automatisé équipé d’instruments de mesures scientifiques destinés à la recherche de traces de vie. Notre activité de recherche s'est focalisée sur l’instrument WISDOM (Water Ice Subsurface Deposits Observation On Mars) qui est un GPR (Ground Penetrating Radar) dont les principaux objectifs scientifiques sont de sonder le sous-sol de Mars jusqu’à quelques mètres de profondeur pour étudier les structures géologiques. Notre travail s'est déroulé en trois phases. La première a consisté à trouver un modèle de rayonnement large bande permettant de modéliser le rayonnement des antennes du GPR. La deuxième a permis de développer des outils permettant de simuler des scènes de différentes compositions en optimisant le temps de calcul. La troisième phase de cette thèse a permis de développer deux techniques permettant de caractériser une surface rugueuse. Ainsi cette approche sera exploitée pour ensuite développer deux méthodes de calcul de la permittivité du sol en temporel et en fréquentiel.

Titre traduit

Analysis and behavioral prediction of polarimetric GPR radar for the EXOMARS space mission

Résumé

This study is a part of the ExoMars space mission, in collaboration with LATMOS (Laboratoire Atmosphères, milieux, observations, spatiales). The objectives are to explore the signs of life on Mars planet in the past or in the present time, as well as the study of the distribution of subsurface water and the study of the geology of Mars. This aim of this mission is to send on the Mars surface an automatic vehicle equipped with scientific measuring instruments intended for the search of life traces. Our research activity is focused on the WISDOM instrument (Water Ice Subsurface Deposits Observation On Mars) which is a GPR (Ground Penetrating Radar) where the main scientific objectives are to probe the subsurface of Mars up to several meters in order to study the geological structures. Our work have been proceeded in three phases. The first was to find a broadband radiating model of modelling the radiation pattern for the GPR antennas. The second was to develop tools for simulation scenes of different compositions by optimizing the computing time. The third phase of this thesis permits to develop two techniques for rough surfaces characterization. Thus this approach will be exploited for the development of two methods for the determination of the permittivity of the ground in time and frequency domain.