Les Principes du Radar

Fouillis radar ou échos parasites

Les ondes émises par un radar sont réfléchies par presque toutes les surfaces illuminées. La rétrodiffusion au radar sera donc contaminée par différents échos indésirables pour l’utilisateur. Dans le cas d’un radar de contrôle aérien, ce sont les échos d’avions qui doivent être reconnus et tout le reste devient des échos indésirables. Pour un radar météorologique, ce sont les précipitations qui sont d’intérêts et le reste est du fouillis.

Le fouillis est formé d’échos parasites et de bruit de fond. Les échos parasites incluent les retours du sol, de la mer, des édifices, des cibles biologiques comme les oiseaux et les insectes, etc. Dans le cas des radars de surveillance aérienne, les avions se déplacent beaucoup plus vite que tous les autres échos, y compris les précipitations, et un filtre reconnaissant la vitesse de déplacement des cibles peut donc éliminer la plus grande partie des échos parasites de l’écran. Un filtre qui ne laisse passer que les cibles en mouvement est appelé Visualisation des cibles mobiles.

Les types de base d’échos parasites sont :

• Échos de sol/de mer – Le faisceau touchant le sol ou la mer est retourné en partie vers le radar. Les échos de sol proviennent du relief, des constructions, des arbres et de tout autre objet massif stationnaire. Les échos de mer proviennent de la surface des plans d’eau.
  Bien que la vitesse des échos de sol soit nulle en principe, elle peut varier légèrement autour de zéro (ex. les branches des arbres bougent sous l’effet du vent). Le vent cause également des vagues et les échos de mer auront souvent une vitesse de déplacement (celle de la crête des vagues). Comme l’effet Doppler-Fizeau est utilisé pour éliminé les cibles stationnaires, cela peut laisser passer certains échos de sol et de mer à l’écran.
   
• Échos volumiques – Les précipitations et les paillettes de contre-mesures électroniques occupent un large volume et se déplacent. Elles ont donc une vitesse et sont plus difficiles à éliminer pour un radar de contrôle aérien qui recherche un avion dans ce volume.
   
• Échos ponctuels – les oiseaux, les éoliennes et les gratte-ciels sont des cibles ponctuelles. Les cibles ponctuelles mobiles sont parfois appelées des « anges ». Elles sont difficiles à éliminer parce qu’elles ont des caractéristiques similaires aux avions.

Le fouillis peut être constant ou fluctuant. Les échos de sol sont par exemple stables en intensité et en position, mais les échos de précipitations se déplacent avec la circulation atmosphérique et changent d’intensité. Le fouillis peut aussi être décrit comme homogène, si la densité des échos est uniforme sur une région, ou inhomogène si l’intensité varie d’une cellule de résolution à l’autre.

La plupart des échos de sol et volumiques sont analysés selon cette dualité mais en pratique les échos parasites peuvent changer de nature avec le temps ou la position. Ainsi un gratte-ciel dans un environnement urbain créera un écho inhomogène dans une zone homogène.

Échos de mer

Figure 2 : Échos de mer sur un affichage PPI

Figure 2 : Échos de mer sur un affichage PPI

Les échos de mer proviennent, comme mentionné antérieurement, de la rétrodiffusion du signal radar à la surface d’un plan d’eau (lac, baie, mer, etc.) et peuvent avoir des vitesses Doppler. En effet, la crête des vagues se déplace entre chaque impulsion radar, ce qui produit un déphasage entre les ondes revenant d’impulsions successives et qui seront interprétées comme une vitesse.

Le filtrage des échos parasites se fait en fonction de leur vitesse, en prenant comme hypothèse que ces échos ont une vitesse nulle ou s’en approchant. Comme les vitesses notées par le radar ne sont que la composante radiale au radar, le maximum sera dans l’axe des vents et le minimum perpendiculaire à celui-ci.

La figure 2 est remplie d’échos de mer que le filtre Doppler n’a pu enlever. Les vents sont du nord-ouest (310°) ou du sud-est (130°) car les échos parasites les plus forts sont dans cet axe. À l’inverse, le programme de Visualisation des cibles mobiles a pu enlever les échos dans l’axe sud-ouest à nord-est où la composante radiale était nulle.

Carte des échos permanents

Cette méthode date des débuts du radar alors que l’opérateur était assis devant son PPI. Une carte transparente des zones d’échos venant du relief, des édifices et autres cibles fixes était mise sur l’écran pour lui permettre de se concentrer sur les échos d’intérêt. Aujourd’hui, elles ne sont utilisées que dans les cas où les programmes de filtrage sont hors-circuit.

Méthode statistique avec une carte des échos permanents

Aujourd’hui, une carte des échos permanents est cependant souvent utilisée par les systèmes de filtrage. Une moyenne statistique est faite des intensités pour chaque cellule de résolution dans la couverture du radar grâce à un programme informatique. Lors d’un balayage, les échos qui correspondent à l’intensité attendue par le masque en un point sont éliminés. Par contre, s’il y a une intensité significativement différente, l’écho sera affiché à l’écran, tel quel, s’il n’y a pas d’autres méthodes de filtrage.