Les Principes du Radar

Principes d’opération

Un radar météorologique fonctionne sur le même principe qu’un radar primaire de surveillance aérienne. Il souffre également des mêmes limitations: problèmes d’échos de sol, de réfraction anormale à travers l’atmosphère, de cibles biologiques comme les oiseaux et les insectes, de blocages, etc.

La différence fondamentale entre les deux est dans le traitement des données. Alors qu’un radar primaire ne doit qu’identifier la présence et la position d’une cible (présente oui/non), le radar météorologique sonde un volume de l’atmosphère qui est rempli d’une multitude de hydrométéores (pluie, neige, grêle, etc.). Il doit non seulement permettre de reconnaître la position de ces précipitations mais à partir du signal de retour, il doit estimer leur intensité, la vitesse à laquelle elles se déplacent et leurs mouvements à l’intérieur des nuages.

énergie rayonnée

onde réfléchie

Figure 2 : Principe du radar météorologique

énergie rayonnée

onde réfléchie

Figure 2 : Principe du radar météorologique

Ce diagramme familier s’applique donc aussi dans le cas d’un radar météorologique à impulsions. L’énergie émise (par exemple 850 kW) est rétrodiffusée vers l’antenne radar, réfléchie en partie, par les précipitations. Ce retour est très faible, beaucoup plus faible que pour un aéronef, et demande un récepteur très sensible. La nuée de gouttes change également de forme et occupe un très grand volume dans l’espace sondé par le radar, au contraire des aéronefs. Finalement, leur vitesse est beaucoup moins grande que les objets volants créés par l’homme.

Ainsi pour un radar de surveillance aérienne, l’intérêt est de détecter des cibles ponctuelles relativement intenses et à déplacement rapide qui peuvent être noyées dans la précipitation. Pour un radar météorologique, il s’agit au contraire de reconnaître un signal faible mais étendu auquel des échos de retour provenant d’avions est nuisible. Ce qui est donc du bruit pour l’un est la donnée « essentielle » pour l’autre.

Pour le radar météorologique, la rétrodiffusion comporte une complication supplémentaire. Elle est la somme des réflexions combinées de toutes les gouttes dans la cellule de résolution, de dernier étant de l’ordre du kilomètre cube. La somme peut être additive ou constructive, selon la position des gouttes dans le volume, et variera entre deux impulsions revenant du même volume sondé. Cette réflectivité, est donc obtenue grâce à une moyenne des retours d’un même volume sondé. L’interprétation des données en taux ou en type de précipitations nécessite donc quelques hypothèses :

1. La largeur du faisceau est faible et l’impulsion courte afin d’avoir la plus petite cellule de résolution possible ;
2. Le retour d’énergie provenant des lobes secondaires est négligeable ;
3. Le volume sondé est complètement rempli d’hydrométéores de même type pour ne pas moyenner le signal sur des cibles différentes ;
4. Le taux de précipitation est le même dans tout le volume ;
5. Le changement d’indice de réfraction de l’air avec l’altitude est « normal » et les atténuations sont faibles.

Les radars météorologiques modernes utilisent des techniques sophistiquées pour transformer le signal brut et en tirer la donnée météorologique. Ils utilisent diverses informations contenues dans le signal de retour: réflectivité, vitesse Doppler et signal à double polarimétrie. D’un autre côté, une technique rapide pour les radars primaires de surveillance aérienne afin de reconnaître les cibles météorologiques est de comparer les signaux provenant de différentes longueurs d’onde d’émission (une technique différente dans ce contexte de celle du radar à diversité de fréquence).