Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
WO 94/14211 PCT/FR93/01204
1
Réflecteur pour radar polarimétrique, notamment à usage de calibre
ou de balise.
L'invention concerne des réflecteurs pour radars
polarimêtriques, destinés notamment à servir pour l'étalonnage d'un
radar ou pour servir de balise.
Il est connu d'utiliser un dièdre métallique droit à arête
rectiligne pour la calibration d'un radar polarimétrique mais cette
technique nécessite de pouvoir maitriser avec beaucoup de précision
les positions relatives du réflecteur et du radar de façon que le rayon
incident appartienne à l'un des plans de symétrie du dièdre, en
raison de l'extrême sensibilité de la réponse du dièdre dans le
domaine angulaire, et notamment pour ce qui concerne sâ surface
équivalente radar (S.E.R.) de polarisation croisée.
L'utilisation d'une telle technique est donc pratiquement
réservée à des ëtalonnages en laboratoires.
On a récemment étudié des réflecteurs constitués de deux
surfaces conductrices disposées comme si elles avaient été
engendrées par le déplacement d'un V, à angle au sommet droit. le
long d'une courbe, réflecteurs que l'on qualifiera ci-après de "pseudo
dièdre droit". Les études publiées ont porté plus précisément sur les
cas d'une arête circulaire et sur celui d'une arête elliptique,
susceptibles d'améliorer les caractéristiques de réflexion et de
faciliter l'utilisation du réflecteur, comme cela est exposé dans
l'étude "Theoretical and Experimental Study of a Crosspolarization
S.A.R. Callbrator" de MM. J.C. Souyris, P. Borderies. P.F. Combes et
H.J. Mametsa, publié dans les compte-rendus du SECOND
INTERNATIONAL WORKSHOP ON RADAR POLARIMETRY (Nantes,
Septembre 1992), mais ces solutions ne permettent pas d'améliorer
simultanément toutes les performances souhaitées et obligent à des
compromis.
La présente invention a pour objet un pseudo-dièdre droit
réflecteur radar dont les performances souhaitées puissent être
améliorées simultanément.
Un but de l'invention est de fournir un pseudo-dièdre droit
réflecteur radar permettant des étalonnages sur sites, en présence
d'antennes embarquées dont l'orientation est connue avec une
précision approximative.
CA 02151150 2000-06-27
. 2
Un autre but de l'invention est de fournir un pseudo-dièdre droit
réflecteur radar rétrodiffusant un niveau d'énergie suffisant en polarisation
croisée dans un angle solide aussi étendu que possible, particulièrement
intéressant pour le balisage et l'identification.
Encore un but de l'invention est de fournir un pseudo-dièdre droit
réflecteur radar apte à constituer un étalon de polarisation croisée ayant
une réponse aussi constante que possible sur un domaine angulaire donné.
Un but de l'invention est également de fournir un pseudo-dièdre
droit réflecteur radar présentant un diagramme de polarisation croisée
élargi angulairement sans que ce diagramme soit modulé par des
ondulations gênantes.
Tous ces buts sont atteints selon l'invention lorsque l'arête du
pseudo-dièdre droit a la forme d'une portion d'hélice.
De préférence, l'arête s'étend sur au plus un pas de l'hélice.
De préférence, la tangente en un point de l'hélice fait un angle de
45° par rapport à l'axe de l'hélice.
L'orientation du V au cours de son déplacement théorique le long
de l'arête varie selon une loi de variation choisie en fonction de la
trajectoire donnée du système d'émission-réception polarimétrique.
Ce réflecteur, placé devant un radar polarimétrique, c'est-à-dire un
radar dont l'émission et la réception se font selon deux polarisations
linéaires orthogonales H.V., permet l'étalonnage du radar dans la
polarisation croisée: émission H - réception V ou émission V - réception
H et ce, sur une large plage angulaire sans avoir besoin de changer
l'orientation du dièdre.
Ce réflecteur qui peut être entièrement métallique, permet
l'étalonnage d'un radar aéroporté, héliporté ou placé sur un véhicule
quelconque (par exemple un satellite), ou sur une tour, dès que le radar se
trouve dans l'angle du cône de calibration issue du réflecteur.
CA 02151150 2000-06-27
2a
Suivant la présente invention, on propose un réflecteur pour radar
polarimétrique, notamment à usage de calibre ou de balise, constitué de
deux surfaces conductrices disposées comme si elles avaient été
engendrées par le déplacement d'un V, à angle au sommet droit, le long
d'une courbe pour former un pseudo-dièdre droit, caractérisé en ce que
l'arête du pseudo-dièdre a la forme d'une portion d'hélice.
L'invention sera encore expliquée ci-après au moyen d'exemples
comparatifs, en référence aux figures du dessin joint qui feront apparaître
d'autres particularités de l'invention et sur lequel:
la fig. 1 est un schéma d'un réflecteur conforme à l'invention;
WO 94/14211 i'CT/Fdt93/01204
3
- les figs. 2 et 3 sont d'autres vues du même réflecteur
- la fig. 4 est un schéma d'un dièdre élémentaire utile pour la
compréhension de la définition du réflecteur selon les figs. 1 à 3 ;
les figs. 5 à 10 sont des diagrammes qui montrent les variations de
la surface équivalente radar (S.E.R.) de co-et contrapolarisation d'un
réflecteur selon l'invention en fonction du rayon de courbure r de
l'arête et de l'ouverture ~o du réflecteur, dans le plan ~ = 45°
(émission TE) ;
- la fig.l 1 montre les variations de la surface S.E.R. en fonction de
l'angle du plan de coupe, soit respectivement pour un angle de 20°
(fig. 11A). 30° (fig. 11B) et 60° (fig 11C), pour un réflecteur
d'ouverture 80° ;
- la fig. 12 est analogue à la fig. 11 mais pour un réflecteur
d'ouverture 100° ;
- les figs. 13 et 14 sont des simulations des variations des niveaux
de co-et contrepolarisation en fonction de l'orientation du rayon
incident pour un réflecteur selon l'invention
- les figs 15 et 16 sont des simulations, respectivement comparables
à celles des figs. 13 et 14, dans le cas d'un pseudo-dièdre droit à
arête circulaire, et
les flgs 17 et 18 sont des simulations, respectivement comparables
à celles des figs. 13 et 14, dans le cas d'un pseudo-dièdre droit à
arête elliptique.
Les grandeurs qui définissent la structure constituée par un
réflecteur selon l'invention sont la longueur a de la génératrice (c'est
à-dire la longueur du côté du V dont le déplacement engendre
théoriquement une face du dièdre), le rayon de courbure r de l'arête,
et l'angle ~o de la portion angulaire d'hélice déterminée par l'arête.
Le réflecteur représenté sur les figs. 1 à 3 est tel que la
tangente T en chaque point de son arête hélicoïdale (c), fait un angle
de 45° avec l'axe de l'hélice et que pour une trajectoïre donnée du
système d'émission-réception polarimétrlque, il existe un dièdre droit
élémentaire (fig. 4) vérifiant simultanément les conditions suivantes:
- La bissectrice ~ de ses 2 génératrices L 1 et L2 est colinéaire au
vecteur de Poynting incident Ki [porté par y3]. [Condition a] ;
WO 94/14211 PCT/FR93101204
4
- Son arête de longueur [ ~ d 1 ~ ] et de tangente T est colinéaire à la
bissectrice des vecteurs [yl, y2], direction des champs électriques
émis par le système polarimétrique (Conditïon f3).
Les conditions a et ~ réalisées assurent une détection
maximum en polarisation croisée et permettent d'aboutir à
l'équation paramétrée de la surface optimale pour la trajectoire en
question.
La trajectoire considérée est celle correspondante à une coupe
O=45° pour des incidences 8 variables autour de la normale Z.
La structure a été synthétisée afin de pouvoir, de manière
complètement décorrelée, fixer un niveau de S.E.R. de polarisation
croisée [proportionnel à la grandeur aZ.r2/~,2] sur un domaine
angulaire ~8 proportionnel à l'ouverture ~o.
En considérant la trajectoire optimale caractérisée dans le
repère de base [X,Y,Z] pour une coupe à ~ = 45°, les figures 5 à 10
représentent les variations de S.E.R. de copolarisation (courbe
inférieure) et contrapolarisation (courbe supérieure) pour ~ = 45°
pour différents réflecteurs caractérisés par y~o et r/ ~,. Ces courbes ont
été normêes par rapport au niveau maximal d'énergie rétrodiffusée
par le réflecteur considéré [c'est-à-dire par rapport à la grandeur
fz /~,2 ]. Pour les courbes des flgs. 5 à 8, a/7~.5, r/~.=15 tandis que
~o à la valeur 60° (fig. 5), 80° (fig. 6), 100° (fig. 7)
et 120° (8g. 8).
Pour les courbes des figs. 9 et 10, a/~. = 5, y~o =100° et rJ?~ 10
(fig. 9
ou 20 (fig. 10). On constate l'élargissement du diagramme de
polarisation croisée corrélativement à l'augmentation de (ouverture
y~o.
La comparaison des courbes des figs. ?, 9 et 10 illustre
l'influence des variations du paramètre r / ~. à ~ o fixé.
Indépendamment de son incidence sur le niveau absolu, r agit peu
sur la forme du diagramme. On note toutefois une légère diminution
des ondulations lorsque r croît. Cependant celles-ci sont davantage
liées à ~o. En effet ce phénomène d'interférence est amoindri pour
des réflecteurs ou ~o est grand. Le niveau de copolarisation pour
toutes ces structures reste stable à des niveaux de (ordre de -10 dB.
WO 94/14211 PCT/FR93/01204
_.
Les figures 11 et 12 représentent des diagrammes de co-
(courbes inférieures) et contrapolarisation (courbes supérieures),
respectivement pour des coupes ~ = 20°. ~ = 30° et ~ =
60° et
montrent la dissymétrie de comportement de la structure par rapport
5 au plan ~ = 45°. Ceci s'explique par le caractère hélicoïdal de
(arête.
Les figures 1 lA et 12A montrent que pour ~ = 20°, les propriétés
de
rétrodiffusion restent exploitables, avec toutefois une remontée du
niveau de copolarisation. Celui-ci, d'une manière générale, peut être
gênant si les antennes d'émission fonctionnant sur deux
polarisations orthogonales possèdent des couplages importants.
Enfin, les figures 13 et 14 représentent les simulations des niveaux
de co- et contrapolarisation pour différentes valeurs du gisement ~ et
de la colatitude 8 de la direction du rayonnement incident en, dans
le cas du pseudo-dièdre à arête hélicoïdale défini par : a = 5~,, r =
15~,. ~o = 120°.
A titre comparatif, on a représenté sur le Tableau ci-après les
résultats caractéristiques de rétrodiffusion en contrapolarisation
obtenus avec des réflecteurs ayant des arêtes de formes diverses
WO 94/14211 ~ PCTIFR93/01204
6
Coupe=45 Ondulations Ouverture Niveau de
ouverture [max max] ~~ (3dB) S.E.R.
08 (3dB) autour de autour maximum
de
~=45 ~=45 (dBm2 )
didre arte
rectiligne 7 50 13.47
a=b=5~,
pseudo-didre
droit arte
circulaire 60 3,5 dB 50 ( ~
2
a=b=r=5~.
,
pseudo-didre~ j
,
didre arte
elliptique
30 , 1,5 50 2
dB
a=r=5~, e=0.8
,~0=60
2p ,
pseudo-didrei
droit arte ~ ,
hlicodale
a=5~, r=157 90 ~ < 1 60 j 10
I dB
y~0-120
Les paramètres des dièdres mentionnés dans ce tableau à titre
comparatif sont définis ci-après
dièdre à arête rectiligne
a = longueur des côtés
b = longueur de l'arête
pseudo-dièdre droit à arête circulaire
a = longueur des côtés
b = longueur de l'arête
WO 94/14211 PCT/FR93/01204
7
r = rayon du cercle de l'arête
pseudo-dièdre droit à arête elliptique
a : longueur des côtés
r = longueur du petit axe de l'ellipse de (arête
e = excentricité de l'ellipse.
Les figures 15 et 16 montrent les variations, respectivement de
[s 11 ]2 et de (s21 ] 2, d'un pseudo-dièdre droit à arête cïrculaire défini
par a=5~., b=5~" r=4,75,, pour différentes valeurs dans angles 8 et ~
qui définissent (orientation des ondes en mode TE.
Les figures 17 et 18 montrent les variations, respectivement de
[s 11 ]2 et de [s21 ]2, d'un pseudo-dièdre droit à arête elliptique défini
par a=5~,, r=5~" ~0=76° e =0,6, pour différentes valeurs des angles 8
et ~, en mode TE.
Les figures sont à comparer aux figures 13 et 14
correspondantes relatives au cas d'un pseudo-dièdre droit à arête
hélicoïdale selon l'invention.
Les légendes des fig. 5 à 18 sont les suivantes
Fig. 5 . Diagramme de S.E.R. de co- et contrapolarisation du dièdre
à arête hélicoïdale, dans le plan ~t = 45 °, émission TE, a/~, = 5.
~o = 60°, r/~. = 15, ( X - POL, ...... CO - POL);
Fig. 6 . Diagramme de S.E.R. de co- et contrapolarisation du dièdre
à arête hélicoïdale, dans le plan ~ ~ 45°,émission TE,
a/~. = 5, ~o = 80°, r/~, = 15, ( X-POL, ---CO-POL) ;
Fi~.-7 . Diagramme de S.E.R. de co- et contrapolarisation du dièdre
à arête hélicoïdale dans le plan ~ = 45°, émission TE, a/ ~, = 5 ,
~o = 100°, r/~. = 15, ( X-POL. -----CO-POL) ;
Fig. 8 . Diagramme de S.E.R. de co- et contrapolarisation du dièdre
à arête hélicoïdale dans le plan ~ = 45°, émission TE, a/~. = 5, ~o =
120°, r/~, = 15, ( X- POL. --- CO-POL) ,
F~g. 9 . Diagramme de S.E.R. de co- et contrapolarisation du dièdre
à arête hélicoïdale dans le plan ~ = 45°, Emission TE, a/ ~. = 5, ~o
- 100°, r/~. = 15, ( X-POL, ---CO-POL)
Fig 10 : Diagramme de S.E.R. de co- et contrapolarisation du dièdre
à arête hélicoïdale dans le plan ~ = 45°, Emission TE, a/ ~, = 5 . ~o
- 100°, r/~, =15, ( X-POL, --- CO-POL) .
WO 94/14211 PCT/FTt93/01204
8
Fer. 11 . Diagramme de S.E.R. de co- et contrapolarisation du
dièdre à arête hélicoïdale, a/ ~. = 5, ~ o = 80° , r/ ~. = 15 .
Émission
TE, ( X-POL, ---CO-POL) ;
Fig. 12 . Diagramme de S.E.R. de co- et contrapolarisation du
dièdre à arête hélicoïdale, a/ ~. = 5 , y~ o = 100° , r/ ~, = 15 .
Émission '
TE ( X-POL, --- CO-POL) ;
Fils. 13 . Variations de ~ s 11 ~ 2 dièdre à arête hélicoïdale pour
différentes valeurs de B et ~, a/~. = 5, r/ ~. = 15, ~o = 120° , Mode
TE ;
Fig. 14 . Variations de ~ s 21 ~ 2, dièdre à arête hélicoïdale pour
différentes valeurs de 8 et ~ , a/~, = 5 , r/~. = 15 , ~o = 120°
Émission TE. Réception TM ;
Fig. 15 . Variations de ~ s 11 ~ 2 , dièdre à arête circulaire pour
différentes valeurs de 8 et ~, a/~. = 5, b/~. = 5, r/~. 4.75, Mode TE ;
Fils. 1-6 . Variations de ~ s 21 ~ 2 , dièdre à arête circulaire pour
différentes valeurs de 9 et ~, a/~. = 5 , b/~, = 5, r / ~, = 4.75, émission
TE, réception TM ;
Fig. 17 . Variations de ~ sl l ~2, dièdre à arëte elliptique pour
différentes valeurs de 8 et ~ , a/~, = 5 , r/~, = 5, ~o = 76°, e = 0.6,
mode TE ;
Fil. 18 . Variations de ~ s21 ~ 2, dièdre à arête elliptique pour
différentes valeurs de 8 et ~ , a/~. = 5 , r/~, = 5, ~o = 76°, e = 0.6,
émission TE, réception TM.
30
CA 02151150 2000-06-27
. , 8a
Ainsi, la présente invention propose un réflecteur pour radar
polarimétrique, notammen à usage de calibre ou de balise, constitué de
deux surfaces conductrices disposées comme si elles avaient été
engendrées par le déplacement d'un V, à angle au sommet droit, le long
d'une courbe pour former un pseudo-dièdre droit, caractérisé en ce que
l'arête (C) du pseudo-dièdre a la forme d'une portion d'hélice.
Plus spécifiquement, l'arête s'étend sur au plus un pas de l'hélice.
Également, la tangente en chaque point de l'hélice fait, par
exemple, un angle de 45° par rapport à l'axe de l'hélice. Dans ce cas
et tel
que pour une trajectoire donnée du système d'émission réception
polarimétrique, il existe un dièdre droit élémentaire vérifiant
simultanément les conditions suivantes par rapport à la base [yl, y2, y3J
(fig. 4):
- la bissectrice ~ de ses deux génératrices L 1 et L2 est colinéaire au
vecteur de Poynting incident Ki porté par y3,
- son arête de longueur dl est colinéaire à la bissectrice des vecteurs
[y', y2] qui correspondent aux directions des champs électriques émis par
le système polarimétrique.
