Modélisation et simulation de l'interaction entre onde électromagnétique et surfaces de mer

• Auteur / Autrice : Thibaut Lurton
• Direction : René Garello
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Traitement du signal et télécommunications
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Télécom Bretagne en cotutelle avec Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, télécommunications, informatique, signal, systèmes, électronique (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Rennes 1 (1969-2022) - Université européenne de Bretagne (2007-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ondes électromagnétiques

Radar

Résumé

L'objectif de cette thèse consiste en une modélisation numérique de l'interaction entre une onde électromagnétique émanant d'un radar d'observation aéroporté et une scène marine, c'est-à-dire une étendue d'eau de mer de caractéristiques physiques déterminées, portant éventuellement un ou plusieurs objets de composition métallique en surface, et d'évolution temporelle donnée. À cette fin, l'étude que nous avons menée fait appel à différentes techniques de modélisation numérique de la propagation ondulatoire électromagnétique : on s'est dans un premier temps penché sur l'utilisation de la technique des différences finies, puis sur le principe TLM (Transmission-Line Matrix), hérité du domaine des micro-ondes. Chacune des deux méthodes est appliquée au comportement de l'onde électromagnétique de manière locale, à proximité de la surface de mer uniquement, la simulation de la propagation en espace libre étant assurée par des moyens géométriques. Nous proposons dans un premier temps une brève étude critique de l'opportunité des méthodes numériques et de leur faisabilité en termes de demande en ressources de calcul notamment. Après cette évaluation théorique, un suivi du développement de l'implantation de la solution retenue est proposé. Nous présentons par la suite diverses applications de notre méthode de simulation : évaluation de la surface équivalente radar d'un patch de mer, dérivation de cartes de réflectivité, extension de l'évaluation de la surface équivalente radar à une grande zone de mer, mise en évidence de l'effet de la rugosité sur la puissance rétrodiffusée, simulation de l'observation par radar à synthèse d'ouverture d'un objet manufacturé sur une scène de mer, et comparaison de l'observation de scènes marines statiques et mouvantes. Le champ d'application des travaux présentés est large. Le travail de thèse s'inscrit dans le cadre du projet de développement MODENA, mené à l'échelle régionale bretonne, dont l'objectif est le développement d'outils de simulation d'acquisition radar au dessus de la surface de l'océan. À cet égard, les avancées théoriques et pratiques détaillées dans ce rapport de thèse offrent des perspectives intéressantes quant à la modélisation de telles observations.

The aim of this thesis consists in numerically modelling the interaction between an electromagnetic wave emitted by an airborne observation radar and a maritime scene, i. E. An expanse of sea water of determined physical characteristics, possibly bearing one or several objects of metallic constitution on its surface, with a given temporal evolution. To this end, the study we carried out draws on different numerical modelling techniques for electromagnetic wave propagation: to begin with, the Finite-Differences Time-Domain (FDTD) technique was investigated, then the Transmission-Line Matrix method, inherited from the microwave domain, was studied. Each of the two methods is applied to the behaviour of the electromagnetic wave locally, in the vicinity of the sea surface only, the free space propagation simulation being undertaken through geometrical means. We propose a brief critical survey of the appropriateness of numerical methods and of their feasibility, particularly in terms of computation resources. After this theoretical study, we follow the development and implementation of the solution retained. We subsequently present several applications of our simulation method: radar cross section evaluation for small sea patches, derivation of reflectivity maps, extension of the radar cross section estimation to a large sea zone, yielding of the sea surface roughness influence upon the backscattered power, simulation of the synthetic aperture radar observation of a manufactured object in a sea scene, and comparison of the observation of static and moving sea scenes. The area of application of the work presented here is wide. The frame for the thesis is the MODENA development project, led at the Breton regional level, and whose objective is the development of radar acquisition simulation tools above the ocean's surface. In that respect, the theoretical and practical advances detailed in this thesis report widen the scope of the