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Radar

     

Le mot radar est un néologisme provenant de l'acronyme anglais : radio detection and ranging. C'est un système électronique utilisé pour détecter la présence et déterminer la distance d'un objet (auto, bateau, pluie...). L'antenne du radar émet de fortes ondes radio à  haute fréquence et reçoit les échos réfléchis de cette émission. L'analyse du signal réfléchi permet de localiser le réflecteur, et parfois de l'identifier. Bien que le signal reçu soit faible, les signaux radio peuvent être facilement détectés et amplifiés.

Sommaire
1 Histoire
2 Description générale
3 Principe de fonctionnement du radar à  impulsions
4 Applications
5 Références

Histoire

Les fondements théoriques du radar datent du début du XXe siècle avec, en 1904, le dépà´t du brevet du "Telemobiloskop" par l'Allemand Christian Hà¼lsmeyer. Mais les premières réalisations opérationnelles n'apparaissent que vers le milieu des années 1930.
Le Magnétron

Description générale

Les ondes radio peuvent être facilement générées à  n'importe quelle intensité, détectées même pour de faibles puissances, et ensuite de nombreuses fois amplifiées. Ainsi le radar est bien adapté pour détecter des objets à  très grandes distances là  o๠les autres types de réflexions (sonore, lumière visible) seraient trop faibles à  détecter.

Électromagnétisme

Le radar utilise le principe de la réflexion des ondes électromagnétiques, notamment des ondes radio et des micro-ondes, sur des cibles. Cette réflexion est ensuite détectée en utilisant un récepteur radio.

Les ondes électromagnétiques sont réfléchies par tout changement notable dans les constantes diélectrique et diamagnétique du matériau rencontré. Cela signifie par exemple qu'un objet solide ou liquide dans l'air ou le vide réfléchira normalement les ondes radar. C'est particulièrement vrai des matériaux conducteurs comme le métal, ce qui fait du radar un instrument bien adapté à  la détection des avions et des navires.

Réflexion

Les ondes radar se réfléchissent de différentes manières en fonction des caractéristiques de l'onde émise et des forme, composition et phase (état physique) de la cible. Si la longueur de l'onde radio est bien plus courte que la taille du réflecteur, l'onde émise va rebondir d'une manière similaire à  la réflexion de la lumière sur un miroir. Les premiers radars utilisaient des longueurs d'onde plus grandes que les cibles et recevaient un signal flou, tandis que les systèmes modernes utilisent des longueurs d'onde plus petites.

Polarisation

La polarisation est la direction dans laquelle l'onde vibre. Les radars utilisent les polarisations linéaires (horizontale ou verticale) et circulaire pour détecter différents types de réflexions. Par exemple, la polarisation circulaire est utilisée pour minimiser l'interférence due à  la pluie. Les signaux reçus polarisés linéairement indiquent des surfaces métalliques, et permettent au radar de filtrer le signal dà» à  la pluie. Les signaux reçus polarisés aléatoirement indiquent habituellement une surface fractale telle que de la pierre ou de la boue, et sont utilisés par les radars de navigation.

Fréquence

D'une manière générale, les ondes radio sont très peu atténuées par l'atmosphère, c'est pourquoi on les utilise en télécommunications et détection. Le spectre des ondes radio est large et à  l'intérieur de celui-ci, certaines fréquences sont plus appropriées que d'autres en fonction de l'utilisation que l'on en fait.

Mesure de distance

La façon la plus simple de mesurer la distance à  un objet est d'émettre une courte impulsion de signal radio, et ensuite de mesurer le temps que prend l'onde pour revenir après avoir été réfléchie. La distance est la moitié du trajet total (car le signal doit aller à  la cible puis revenir) divisée par la vitesse du signal, qui est proche de la célérité de la lumière dans le vide si le milieu traversé est l'atmosphère.

Quand l'antenne est à  la fois émettrice et réceptrice (ce qui est le cas le plus courant), l'antenne ne peut pas détecter l'onde réfléchie (aussi appelée retour) pendant que le signal est émis - on ne peut pas savoir si le signal mesuré est l'original ou le retour. Cela signifie qu'un radar a une portée minimale, qui est la moitié de la durée de l'impulsion multipliée par la vitesse de la lumière. Pour détecter des cibles plus proches, il faut utiliser une durée d'impulsion plus courte.

Un effet similaire impose de la même manière une portée maximale. Si le retour arrive quand l'impulsion suivante est émise, une fois encore le récepteur ne peut pas faire la différence.

Principe de fonctionnement du radar à  impulsions

Le principe technique de base du radar à  impulsions consiste à  envoyer des paquets d'onde électromagnétique à  intervalles réguliers (à  une fréquence de répétition appelée en anglais PRF, pour ). Lorsque l'onde émise intercepte un objet, une partie de son énergie est renvoyée vers l'antenne du radar : on dit qu'elle est rétrodiffusée. Grossièrement, la mesure du temps écoulé entre l'émission de l'onde et sa réception permet de localiser la cible : cette dernière se trouve à  une distance du radar égale à  la moitié de la célérité de la lumière multipliée par cet intervalle de temps. La mesure de l'amplitude du signal reçu permet de caractériser de façon plus ou moins précise la nature de la cible (une cible parfaitement réfléchissante renvoit plus d'énergie qu'une cible peu réfléchissante). Enfin, la mesure de la différence de phase entre le signal émis et le signal reçu permet d'évaluer le décalage en fréquence dà» au déplacement de la cible selon l'axe de visée (voir effet Doppler-Fizeau), et ainsi de déduire la vitesse radiale de cette cible.

La portée maximale théorique du radar est égale à  la moitié de la célérité de la lumière divisée par la fréquence de répétition.

Applications

Les radars sont utilisés sur les voies routières, pour contrà´ler la vitesse des automobiles (voir cinémomètre), le modèle classique sur les routes de France est le Miradop (mini radar doppler) utilisé par les brigades de gendarmerie et par l'armée (sur canon d'artillerie). Ils sont placés sur les autoroutes, dans les zones o๠les véhicules roulent à  une vitesse supérieure à  la vitesse maximale autorisée. Cela est effectué dans le cadre d'une politique de sécurité routière.

Les radars sont utilisés par les militaires, pour contrà´ler la présence d'objets ennemis.

Les radars sont utilisés par les avions et les aéroports, pour contrà´ler le trafic aérien. Dans les tours de contrà´le, le trafic aérien est surveillé afin d'éviter la collision d'avions.

Ils sont également utilisés en météorologie : les radars dits conventionnels permettent de détecter la présence d'objets précipitants (gouttes d'eau, neige, grésil, grêle, etc.). Les radars les plus récents utilisant l'effet Doppler sont de plus capables d'évaluer la vitesse de ces particules.

Voir aussi effet Doppler, laser, lidar, maser, télédétection, radà´me

Références