Généralités sur les radars

Il serait vain de chercher à attribuer l’invention du Radar à un savant en particulier, ou à une nation unique. On doit plutôt considérer le « Radar » comme le résultat de l’accumulation de nombreuses recherches menées antérieurement, et aux-quelles les scientifiques de plusieurs pays ont parallèlement participé. Au fil de cette histoire il existe néanmoins des points de repère qui correspondent à la découverte de quelques grands principes de base ou à des inventions importantes[1]:

En 1865, le physicien anglais James Clerk Maxwell développe sa théorie de la lumièreélectromagnétique (Description de l’onde électromagnétique et de sa propagation) et en 1886, lephysicien allemand Heinrich Rudolf Hertz démontra l’existence physique des ondesélectromagnétiques qui confirment ainsi la théorie de Maxwell.

En 1904, le technicien allemand spécialiste des ondeshertziennes, Christian Hülsmeyer, invente le «Telemobiloskop»,appareil de prévention des collisions en mer. Il mesure le tempsde parcours de l’onde électromagnétique, sur le trajet aller-retour,entre l’antenne et un objet métallique (navire). Un calculde la distance est donc possible. Il s’agit du premier testpratique d’un appareil qui suit les principes de ce que sera leradar plus tard. Hülsmeyer dépose un brevet de son inventionen Allemagne, en France et au Royaume-Uni.

En 1921, Albert Wallace Hull développe un oscillateur à hautrendement, le magnétron, qui servira plus tard comme sourcede l’onde radar.

En 1922, A. H. Taylor et L. C. Young, du Naval ResearchLaboratory (USA), détectent pour la première fois un navire enbois dans une expérience assez similaire à celle de Hülsmeyer.

En1930, L. A. Hyland, égalementdu Naval Research Laboratory, réalise la première détection d’un aéronef.

En 1934, faisant suite à une étude systématique du magnétron, des essais sur des systèmes dedétection par ondes courtes sont menés en France par la CSF (16 et 80 cm de longueur d’onde)selon les principes de Nicolas Tesla. Un brevet est déposé (brevet français n° 788795). Le premieréquipa en 1934 le cargo Orégon, suivi en 1935 par celui du paquebot Normandie.

En 1935, faisant suite à un brevet déposé par Robert Watson-Watt (l’inventeur dit « officiel » duradar) (brevet anglais GB593017), le premier réseau deradars est commandé par les Britanniques et portera le nomde code Chain Home. En 1936, Metcalf et Hahndéveloppent le klystron. Utilisé comme amplificateur ouoscillateur, il sera un autre équipement important du radar.

Différents équipements radar sont développés aux USA, en Russie, en Allemagne, en France et au Japon, accélérées par la montée en puissance vers une guerre qui semble inévitable, et par le développement général de l’arme aérienne. Les recherches dans le domaine de la technologie radar génèrent des avancées techniques significatives durant la seconde guerre mondiale. Pendant la guerre froide, des radars sont déployés en grande quantité de part et d’autre du «rideau de fer», et en particulier le long des frontières allemandes.

D’autre part, le radar fait son apparition dans le domaine civil après le conflit. En premier, c’est le domaine de l’aviation civile qui en est équipée, permettant un rapide développement du contrôle aérien. Il se répand ensuite dans des domaines aussi divers que la détection des précipitations en météorologie, l’étude des planètes en astronomie, le contrôle de la vitesse sur les routes et la détection des artefacts archéologiques dans le sol.

Classification des systèmes radar 

En fonction des informations qu’ils doivent fournir, les équipements radars utilisent des qualités et des technologies différentes. Ceci se traduit par une première classification des systèmes radars[3].

Radars imageurs / Radars non imageurs 

Un radar imageur permet de présenter une image de l’objet (ou de la zone) Observé. les radars imageurs sont utilisées pour cartographier la terre, les autres planètes, les astéroïdes, etc. Ils offrent aux systèmes militaires une capacité de classification des cibles.

Des exemples typiques de radar non imageur sont les cinémomètres radars (les petits, sur le bord de la route..) et les radios altimètres. Ce type de radar est également appelé diffusomètres puisqu’il mesure les propriétés de réflexion de la région ou de l’objet observé.

Radars primaires 

Un radar primaire (primary surveillance radar ou PSR en anglais) émet des impulsions hyperfréquences à l’aide d’une antenne, les impulsions sont partiellement réfléchies par l’objet volant et reviennent à l’antenne. Un récepteur mesure le temps entre l’émission et le retour des impulsions. Cette durée et la direction de l’impulsion permettant de calculer la position de l’objet volant.

Il existe aujourd’hui des radars primaires avec déterminations de la position en deux dimensions (2D) (distance et azimut) ou en trois dimensions (3D) (distance, azimut, altitude). Les radars primaires permettant de détecter et de suivre dans l’espace aérien surveillé tous les objets qui réfléchissent suffisamment les ondes radars (y compris les phénomènes météorologiques, les vols d’oiseaux, les échos de sol, etc….).

Radars à impulsions 

Les radars à impulsions émettent des impulsions de signal hyperfréquence à forte puissance, puis il attend l’écho du signal transmis pendant un certain temps avant qu’elle ne transmette une nouvelle impulsion. Radar à impulsions est généralement utilisé lorsque cela est nécessaire pour détecter des cibles au sein d’un certain volume de l’espace et de déterminer la distance et le relèvement et dans certains cas, la vitesse de chaque cible. Le système de radar pulsé nécessitent généralement l’émission de grandes puissances et peut-être très complexe et coûteuse.

Radars à onde continue 

un radar à onde continue (CW) ou à ondes entretenues est un type de radarcaractérisé par l’émission d’ondes en continu, modulées en fréquence ou non. Les radars à ondes entretenues émettent sans interruption un signalhyperfréquence. L’écho est donc reçu et traité continuellement. Pour empêcher l’énergie émise d’entrer directement dans le récepteur et de contaminer celle revenant de la cible, ce type de radar émet et reçoit :

• soit avec deux antennes différentes (radar bistatique) .
• soit mesure l’écart de fréquence entre les deux signaux en utilisant la même antenne.

Les radars à onde continue sont de deux types :

• Radars à onde continue non modulée
Le signal émis par ces équipements est constant en amplitude et en fréquence. Spécialisés dans la mesure des vitesses, les radars à onde continue non modulé ne permettent pas de mesurer les distances. Ils sont employés par exemple par la gendarmerie pour les contrôles de vitesse sur les routes (cinémomètres radars).

• Radars à onde continue Modulée
L’inconvénient des radars CW est leur incapacité à mesurer des distances, puisqu’ils ne produisent pas les impulsions servant de”tops d’horloge”. La variation de la fréquence émise apporte une solution à ce problème. Dans cette méthode, la variation permanente du signal émis autour d’une fréquence fixe de référence est utilisée pour détecter des cibles fixes. Lorsqu’un écho est reçu par le radar, la fréquence du signal réfléchi par la cible peut être mesurée. En se référant à l’instant où la même valeur de fréquence a été émise, il devient possible de mesurer le temps entre l’émission et la réception de cette fréquence, donc la distance radar-cible, comme pour un radar à impulsions. Comme il est généralement difficile d’émettre “proprement” des fréquences aléatoires, les radars à onde continue modulée en fréquence (FMCW) font varier progressivement la fréquence de leur signal au rythme de rampes ascendantes et descendantes.

Ce type d’équipement est souvent utilisé comme „radio-altimètre”. Le radio-altimètre est utilisé pour mesurer la hauteur exacte d’un avion durant la phase d’atterrissage.