Différence entre radar, sonar et lidar
Les similitudes entre radar, sonar et lidar sont claires car les trois technologies utilisent une mesure du délai entre les signaux transmis et leur réflexion par des cibles pour calculer la distance et l’azimut de celles-ci. Souvent, les données obtenues donnent une représentation en trois dimensions d'un environnement.
Figure 1 : Onde transverse (en haut) comparée à des ondes longitudinales (en bas).
Figure 1 : Onde transverse (en haut) comparée à des ondes longitudinales (en bas).
Figure 1 : Onde transverse (en haut) comparée à des ondes longitudinales (en bas).
(Voir l'applet Java pour les ondes transversales et longitudinales)
Types d’ondes
Ondes transversales
Une onde transversale est provoquée par une perturbation qui est perpendiculaire à la direction de propagation de l'onde. C'est le cas notamment d'une onde à la surface de l'eau ou des ondes électromagnétiques. Il n’y a pas de transport de matière mais le mouvement vertical propage l’énergie en aval.
Ondes longitudinales
Une onde longitudinale est provoquée par une perturbation dont la direction est parallèle à la direction de propagation de l'onde. Dans ce cas, la particule de matière vibre longitudinalement par rapport à sa position de repos mais ne se déplace pas en aval, seul l’énergie se propage. Comme exemple, on peut parler de l’onde produite par le relâchement brutal d'un élastique étiré, de la propagation d'une onde sur un ressort tendu et de la propagation d'un son dans l'eau.
Radar
Le radar utilise des ondes électromagnétiques qui se propagent dans tous les milieux, y compris le vide. La vitesse de propagation dans l'atmosphère est proche de la vitesse de la lumière dans le vide mais varie selon la densité de l’air selon son contenu en eau, sa température et sa pression. La fréquence des radars est choisie entre 30 kHz et 230 GHz. Il y a différents modes de propagation et les conditions du milieu affectent la propagation, donc la performance du radar dans la direction souhaitée.
Les ondes électromagnétiques étant transversales à la direction de propagation, elles peuvent être polarisées, c’est-à-dire orienté dans un axe de vibration particulier. Une polarisation différente donne des propriétés de réflexion différentes de la cible ce qui en alliant plusieurs axes de polarisation permet une meilleure détection.
Sonar
Dans un sonar, ce sont des ondes sonores, du domaine des ultrasons non audibles, qui sont transmises. Ces ondes sonores se propagent uniquement sous forme d'ondes longitudinales et ne peuvent être polarisées. Elles ne se propagent pas dans le vide et chaque milieu traversé a une vitesse spécifique de propagation. L’interprétation des données n'est possible que si le milieu de propagation est sensiblement homogène. C'est le cas sous l'eau, c’est pourquoi le sonar est la plupart du temps utilisé pour des applications maritimes.
Lidar
Le Lidar utilise des impulsions dans le spectre visible ou infrarouge des ondes électromagnétiques (fréquence très élevée), et il est donc semblable au radar. La plupart des lasers peuvent être utilisés comme émetteurs. Comme les ondes visibles et infrarouges sont fortement atténuées par plusieurs milieux, la portée des lidars est limitée. Ainsi, un télémètre laser a des applications militaires, mais ne peut être utilisé que par de bonnes conditions de visibilité, contrairement au radar.
Figure 2 : Longueurs de cohérence: longueur relativement grande de cohérence en haut, faible longueur de cohérence en bas. Les flèches montrent les déphasages chaotiques qui indiquent un changement dans la direction de polarisation.
Figure 2 : Longueurs de cohérence: longueur relativement grande de cohérence en haut, faible longueur de cohérence en bas. Les flèches montrent les déphasages chaotiques qui indiquent un changement dans la direction de polarisation.
Figure 2 : Longueurs de cohérence: longueur relativement grande de cohérence en haut, faible longueur de cohérence en bas. Les flèches montrent les déphasages chaotiques qui indiquent un changement dans la direction de polarisation.
La mesure du déphasage Doppler avec un lidar est soumise à différentes conditions technologiques. Ce déphasage ne peut être utilisé pour mesurer la vitesse radiale de la cible que lorsque les ondes sont cohérentes. La longueur de cohérence d’un lidar est généralement de l'ordre du micron, contrairement à un radar cohérent où elle est infinie. Par la suite, des sauts de polarisation se produisent ce qui empêche un traitement ultérieur du signal. En raison de la longueur de cohérence limitée les lidars ne peuvent en pratique être utilisés dans des applications en ondes continues modulées ou non.
Il est possible de polariser un lidar mais la donnée sera plus limitée dans son interprétation que dans le cas des radars. L'onde polarisée peut cependant être utilisée pour déterminer certaines propriétés des cibles. Des lidars récents émettent une impulsion polarisée linéairement et l'énergie lumineuse rétrodiffusée par les composants atmosphériques n'est souvent plus polarisée de la même façon et le rapport de dépolarisation est défini comme le rapport entre les énergies lumineuses détectées dans les plans respectivement parallèle et perpendiculaire au plan d'émission.
Ce rapport est une mesure extrêmement utile en météorologie, car elle permet de distinguer facilement la phase d'un nuage détecté. En effet, les gouttelettes d'eau composant un nuage d'eau liquide, de par leur forme sphérique, produisent un rapport de dépolarisation nul. En revanche, les cristaux de glace ont des rapports de dépolarisation élevés dus à leur forme irrégulière. Tous les aérosols ont également un effet de dépolarisation particulier et le lidar est aussi utilisé pour les mesures de concentration d’ozone, la mesure de la vitesse et de la direction des vents par temps clair (mouvement des particules dans l’air), etc.