Mécanismes de propagation des brouillages

Le brouillage hyperfréquence fait intervenir un certain nombre de mécanismes de propagation dont l’importance individuelle dépend du climat, de la fréquence, du pourcentage du temps considéré, de la longueur et de la topographie du trajet. A un instant quelconque, on peut avoir affaire à un ou plusieurs mécanismes. Les principaux mécanismes de propagation des brouillages sont les suivants:

–       Visibilité directe (Fig. 1): Le cas le plus simple de propagation des brouillages est celui où l’on a un trajet en visibilité directe dans des conditions atmosphériques normales (c’est‑à‑dire une atmosphère bien mélangée). Cependant, un problème peut se poser lorsque des obstacles situés sous le trajet provoquent une diffraction qui accroît légèrement le niveau du signal au‑dessus de la valeur à laquelle on s’attend normalement. Par ailleurs, sauf sur les trajets les plus courts (c’est‑à‑dire pour les trajets de longueur supérieure à 5 km environ), les niveaux des signaux peuvent fréquemment subir des renforcements importants pendant de courtes périodes, en raison d’effets de propagation par trajets multiples et de focalisation dus à la stratification de l’atmosphère (voir la Fig. 2).

–       Diffraction (Fig. 1): Au‑delà de la visibilité directe et dans les conditions normales, il y a généralement prédominance des effets de diffraction chaque fois qu’on a affaire à des niveaux de signal élevés. Dans le cas des services où les problèmes d’anomalie à court terme ne sont pas importants, la densité de systèmes réalisable dépend le plus souvent de la précision avec laquelle on peut modéliser la diffraction. Les prévisions de diffraction doivent couvrir les situations suivantes: terre régulière, obstacle(s) isolé(s) ou terrain irrégulier (non structuré).

–       Diffusion troposphérique (Fig. 1): Ce mécanisme définit le niveau de brouillage ambiant pour de longs trajets (par exemple, plus de 100‑150 km), sur lesquels le champ de diffraction devient très faible. Cependant, sauf dans un petit nombre de cas particuliers mettant en jeu des stations terriennes à grande sensibilité ou des brouilleurs très puissants (par exemple, des systèmes radar), le brouillage par diffusion troposphérique se situe à un niveau trop bas pour avoir des effets significatifs.

–       Formation de conduits au sol (Fig. 2): C’est le phénomène de brouillage à court terme le plus important observé au‑dessus d’étendues d’eau ou dans des zones côtières à relief peu marqué. Ce phénomène peut donner des niveaux de signal élevés sur de grandes distances (plus de 500 km au‑dessus de la mer). Dans certaines conditions, ces niveaux peuvent dépasser le niveau «espace libre» équivalent.

–       Réfraction et réflexion sur les couches hautes de l’atmosphère (Fig. 2): Il est primordial de pouvoir traiter ce cas, car dans des situations où la géométrie du trajet y est favorable, la réfraction dans et/ou la réflexion sur des couches hautes (quelques centaines de mètres ou plus) permet aux signaux de surmonter efficacement l’affaiblissement par diffraction sur le terrain. Ici également, le phénomène peut avoir des incidences importantes sur les très grandes distances (jusqu’à 250-300 km).

–       Diffusion par les hydrométéores (Fig. 2): La diffusion par les hydrométéores peut être une source de brouillage entre des émetteurs de liaisons de Terre et des stations terriennes; en effet, ce phénomène a une action pratiquement omnidirectionnelle, de sorte qu’il peut se faire sentir en dehors d’un trajet de brouillage situé dans le plan du grand cercle. Toutefois, ces signaux brouilleurs sont extrêmement faibles et ne présentent pas en général un problème important.

L’une des difficultés principales dans la prévision des brouillages, difficulté qui est commune à toutes les méthodes de prévision de la propagation dans la troposphère, est de fournir un ensemble unifié de méthodes pratiques, couvrant une large gamme de distances et de pourcentages du temps; dans l’atmosphère réelle, on peut passer progressivement de la prédominance statistique d’un mécanisme à un autre lorsque les conditions météorologiques et/ou celles relatives au trajet changent. Il se peut que, particulièrement dans les régions de transition, le signal présente un niveau déterminé pendant un pourcentage de temps total qui est la somme des pourcentages de temps dus aux différents mécanismes. Dans la méthode décrite ici, on a délibérément choisi de faire une prévision séparée des niveaux de brouillage selon les différents mécanismes de propagation, jusqu’à un stade final où ils peuvent être combinés pour obtenir une prévision globale pour le trajet. Cette prévision globale s’appuie sur une technique associant les différentes mécanismes de propagation de telle sorte que, quels que soient la distance de trajet et le pourcentage de temps considérés, le renforcement du signal suivant le modèle équivalent fictif de propagation en visibilité directe est le plus élevée possible.

Prévision des brouillages par temps clair

Remarques générales

La méthode de prévision fait appel à cinq modèles de propagation pour analyser les mécanismes de propagation par temps clair indiqués au § 2. Il s’agit des modèles suivants:

–       visibilité directe (incluant des renforcements du signal dus aux effets des trajets multiples et de la focalisation);

–       diffraction (ce modèle englobe les cas suivants: terre régulière, terrain irrégulier et sous‑trajets);

–       diffusion troposphérique;

–       propagation anormale (formation de conduits et réflexion/réfraction dans les couches);

–       variation du gain de surélévation dans un groupe d’obstacles (le cas échéant).

Suivant le type du trajet, déterminé par une analyse du profil de ce trajet, on applique un ou plusieurs de ces modèles pour faire la prévision requise de l’affaiblissement de propagation.

Elaboration d’une prévision

Exposé de la procédure

On trouvera ci‑après l’exposé des diverses étapes à suivre pour effectuer une prévision:

Etape 1: Données d’entrée

Les principales données d’entrée requises pour l’application de la méthode sont données dans le Tableau 1. Toutes les autres informations sont déduites de ces données de base pendant l’application de la procédure.Etape 2: Choix entre prévision pour une année moyenne ou pour le mois le plus défavorable

Le choix entre une prévision pour l’année ou pour le «mois le plus défavorable» est généralement dicté par les objectifs de qualité (qualité de fonctionnement, disponibilité) du système radio­électrique brouillé à l’extrémité réceptrice du trajet de brouillage. Etant donné que le brouillage est souvent bidirectionnel, il peut être nécessaire d’évaluer deux séries d’objectifs de qualité pour déterminer le cas le plus défavorable sur lequel l’affaiblissement de propagation acceptable minimum a besoin d’être fondé. Dans la plupart des cas, les objectifs de qualité seront exprimés en pourcentage pour «un mois quelconque», et il convient alors d’utiliser les données pour le mois le plus défavorable.

Les modèles de prévision de la propagation permettent de prévoir la distribution annuelle de l’affaiblissement de propagation. Dans les prévisions pour une année moyenne, on utilise directement dans la procédure de prévision les pourcentages de temps, p, pendant lesquels certaines valeurs de cet affaiblissement ne sont pas dépassées. Si on a besoin de prévisions pour le mois le plus défavorable moyen, il faut calculer le pourcentage de temps équivalent annuel, p, du pourcentage de temps du mois le plus défavorable, pw, pour la latitude du point milieu du trajet, j,

Si nécessaire, il faut limiter la valeur de p de sorte que 12 p ³ pw.A noter que la latitude j (degrés) est supposée positive dans l’hémisphère Nord.Cela étant, le calcul donne l’affaiblissement de propagation pendant le pourcentage de temps recherché du mois le plus défavorable, pw %.

Etape 3: Données radiométéorologiques

La procédure de prévision utilise trois paramètres radiométéorologiques pour décrire la variabilité des conditions de propagation normales et anormales aux différents endroits du globe.

–       D N (unités N/km), gradient moyen de l’indice de réfraction radioélectrique dans le premier kilomètre de l’atmosphère, permet de déterminer le rayon équivalent de la Terre à utiliser pour l’analyse du profil de trajet et de la diffraction par les obstacles. Les Fig. 4 et 5 donnent des cartes mondiales, respectivement de la moyenne annuelle de D N et de la valeur maximale de la moyenne mensuelle pour les prévisions relatives au mois le plus défavorable. On notera que D N est une grandeur positive dans cette procédure.

–       Le paramètre b0 (%), pourcentage du temps pendant lequel on peut s’attendre, dans les 100 premiers mètres de la basse atmosphère, à un gradient de décroissance de l’indice de réfraction supérieur à 100 unités N/km, est utilisé pour estimer l’incidence relative de la propagation totalement anormale à la latitude considérée. La valeur à utiliser pour b0 est la valeur qui correspond à la latitude du point milieu du trajet.

–       Le paramètre N0 (unités N), coïndice au niveau de la mer, est utilisé exclusivement dans le modèle de la diffusion troposphérique comme mesure de la variation de ce mécanisme de diffusion en fonction de l’emplacement. La Fig. 6 donne les valeurs annuelles de N0. Le calcul relatif au trajet de diffusion est fondé sur une géométrie de trajet déterminée par les valeurs annuelles de D N ou par les valeurs de ce paramètre correspondant au mois le plus défavorable; pour cette raison, il est inutile de considérer aussi les valeurs de N0 pour le mois le plus défavorable. Les valeurs correctes de D N et N0 sont celles qui correspondent au point milieu du trajet et qui sont données par les cartes appropriées.