A partir de la connaissance du champ incident et de l'interaction dans un domaine limité, il est possible de reconstruire une image représentative de l'objet ou des objets. L'addition cohérente des mesures obtenues sur la ligne de mesure et la prise en compte de l'ouverture réelle de l'antenne conduisent à une image de la réflectivité du milieu.
Méthodes de résolution du problème inverse
D'autre part, en augmentant le nombre de fréquences, il est possible d'ignorer les minima locaux, réduisant ainsi le nombre de solutions possibles. Aux basses fréquences (diffusion faible par rapport à la longueur d'onde), on montre que le nombre de valeurs propres non nulles est égal au nombre de diffuseurs, permettant une focalisation sélective sur chacun d'eux.
Synthèse
Différents systèmes radar
- Radar conventionnel et SPR
- Classe de SPR selon l'onde émise
- Antennes pour SPR
- Configuration des antennes
- Synthèse des objectifs
La définition donnée pour un signal dit ultra large bande est le rapport de la bande passante sur la fréquence centrale pour 90% de la puissance émise. Les antennes à transition progressive ou TSA (pour Tapered Slot Antenna) présentent certains avantages : comportement large bande, faible polarisation croisée, encombrement minimal (antennes imprimées), bonne directivité et séparation de la partie rayonnante du circuit d'alimentation.
Considérations intrinsèques aux SPR
- Champ proche, couplage lié au milieu
- Optimisation des données de mesure
- Propriétés diélectriques des milieux
- Synthèse
La seconde réside dans la méconnaissance de la géométrie et des caractéristiques diélectriques du milieu recherché. L'étude de la polarisation dans la qualité des données est publiée dans [MAD99] pour un problème de diffraction d'un objet enterré.
Conclusion
Les exigences des algorithmes d'imagerie sont à ce stade de fournir des données qui contiennent des informations pertinentes et présentent un bon rapport signal sur bruit. Le filtrage de chaque mesure lors du balayage en fréquence est également possible en fonction du SPR dans le SF-CW utilisé et, pour une impulsion synthétique, il est enfin possible d'augmenter le rapport signal sur bruit par la fenêtre de pondération, présentée au chapitre II.
Le Système d'Imagerie Microonde à Impulsions
Introduction
Modules constitutifs du SIMIS
- Antenne élémentaire ETSA
- Multiplexage électromécanique
- Mesures à l'aide d'un analyseur de réseau vectoriel
- Le logiciel VEE
- Assemblage du SIMIS
Sur la réalisation (Ill. II.2) on retrouve une ligne microruban de 50 Ω agrandie par une expansion exponentielle, représentant ainsi la première moitié d'une antenne Vivaldi classique. Sur les figures II.3 à II.5 on peut voir que l'antenne ETSA a un comportement dipôle en bas de la bande de fréquence, ce qui est un inconvénient en termes de couplage lors de la connexion au réseau.
Performances du SIMIS
- Portée du radar
- Résolution
- Dynamique de détection
- Isolation des voies
L'analyseur de réseau proposant l'utilisation de la fenêtre de Hamming, nous nous intéressons à ses qualités (Fig. II.15). Prendre plus de temps, environ 3 minutes avec 401 points de fréquence, entraîne une amélioration de 10 dB de la dynamique.
Conclusion
Calibrage du système et estimation des erreurs
Introduction
Calibrage du SIMIS
- Calibrage de l'analyseur de réseau
- Calibrage du réseau d'interrupteurs
- Calibrage du réseau d'antennes
ERT : erreur de réponse en fréquence, – ES : erreur d'incompatibilité de source. Suite à la phase d'étalonnage de l'analyseur de réseau, nous incluons ces pertes dans les tables de coefficients d'erreur. Un autre paramètre important est le diagramme de rayonnement, plus précisément son évolution en fonction de la proximité du sol.
Présent notamment sur la partie basse de la bande de fréquence, on est néanmoins capable de le supprimer par traitement. De la même manière, lorsque nous effectuons des investigations dans le sol, nous devons tenir compte de la permittivité de.
Estimations des erreurs intrinsèques
- Erreurs de dérive
- Erreurs aléatoires
- Synthèse
Nous pensions axer notre étude sur le degré d'humidité, mais celle de l'influence de la température est plus critique. Après avoir changé la paire de câbles, on vérifie que la continuité des résultats est encore meilleure qu'avec les précédents. Le coefficient moyen de variation d'environ dB) pour les deux grandeurs témoigne d'une légère variation autour de la valeur moyenne.
Qu'il s'agisse de la partie réelle ou imaginaire, dans les deux cas on obtient un coefficient de variation médian inférieur à 1 %. Cependant, dès que l'on passe à la collecte de plus d'échantillons, le bruit de la mesure peut être atténué pour ne conserver que la solution optimale sur le plan statistique.
Conclusion
Il faut donc désormais supporter une incertitude minimale de 0,43 dB dans nos résultats. De cette hypothèse de précision, nous pouvons conclure que toutes les erreurs de dérive observées sur une longue période de temps ne sont en réalité que des erreurs aléatoires liées au bruit. Cependant, il faut faire attention aux conditions initiales du protocole d'acquisition et surtout à la température du milieu.
Un indice ouvrirait alors la recherche de modèles d'étalonnage pour en rendre compte, sur lesquels figureraient la température et le taux d'humidité. L'influence de la température extérieure présente ainsi un décalage possible de 2 à 7 dB sur les amplitudes enregistrées et doit donc être surveillée.
Campagne de mesures
Introduction
Étude en transmission
- De l'importance du choix de la cible
- Simulation de la configuration générique
- Mesures en chambre anéchoïque
- Synthèse
Nous présentons dans ce qui suit une discussion sur la validité de ces deux paramètres. Cette incertitude nous a conduit à mesurer la permittivité réelle et à vérifier son homogénéité. La composante Ez à la fréquence 2 GHz, limite inférieure de la bande étudiée, est présentée (Fig. IV.2).
Sur la carte du champ diffracté (Fig. IV.4), on observe bien une amplitude quasi uniforme pour une raie placée le long de l'axe Oy à x = -40 cm. Cependant, les oscillations du champ total, sur la simulation de la figure IV.3, le long de l'axe Oy ne sont pas mesurées ici.
Mesures avec le SIMIS
- Cas de la cible métallique
- Cas de la cible diélectrique
- Synthèse
Le bruit résiduel à l'extérieur de la cible est négligeable, la limite supérieure sera réduite. Nous poursuivons l'étude de la cible métallique en la reculant à une distance de 80 cm (Fig. IV.9), ce qui nous en fait suspecter une. Enfin, l'établissement de courants de polarisation au sein de la cible fournit un terme final pour le champ courbé (4).
La propagation des ondes dans la cible fournit toujours des informations sur l'arrière. Comme pour la cible métallique, on s'éloigne de la cible pour apprécier la diminution d'amplitude du champ dévié.
Mesures en configuration hybride
- Cas de la cible métallique
- Cas de la cible diélectrique
- Synthèse
Tout d'abord, nous plaçons la cible métallique devant l'antenne émettrice, à une distance de 40 cm. La mesure est exceptionnellement collectée en dehors de la chambre anéchoïque, on en cherche vraiment plus pour valider ce montage en visualisant l'hyperbole de diffraction. L'implémentation de la fenêtre numérique pour la supprimer (voir Fig. III.1, page 61) devient obsolète, évitant toute erreur dans le cas d'une cible située à proximité des antennes.
La composante de couplage étant quasiment supprimée, nous limitons la fenêtre visible autour de la cible (Figure IV.24). Grâce aux instants d'apparition de ces échos, on pourrait localiser longitudinalement la cible et suggérer son profil, si seulement on connaissait a priori des informations sur sa forme ou sa permittivité diélectrique.
Conclusion
Enfin, nous avons principalement réduit le phénomène de couplage sur le champ dévié sans aucun traitement numérique, ce qui permet la détection d'objets proches du réseau d'antennes par des mesures différentielles. Lors de ces expériences, nous avons dû recourir à la suppression du couplage inter-antennes en fenêtrant les données issues des mesures S11. Lorsque le SIMIS a reçu une antenne dédiée à la diffusion, nous avons repris notre plan d'étude.
Outre la localisation de la cible (et les possibilités d'identification), qui est déjà réalisée par SIMIS, cette alternative permet d'abandonner la technique de suppression du couplage (fenêtre) des mesures différentielles, qui réduit significativement la zone d'ombre à proximité des antennes. Enfin, les données peuvent être traitées hors site, comme nous l'avons fait pour effectuer une détection temporelle, mais aussi pour alimenter des algorithmes de traitement d'images.
Imagerie qualitative
Introduction
Processus de Retournement Temporel (RT)
- Présentation de la méthode
- Application du RT aux données du SIMIS
- Cas de la cible diélectrique
- Cas de la cible métallique
- Synthèse
- Cas de la cible diélectrique
- Cas de la cible métallique
- Synthèse
De plus, nous suivons dans chaque image l'emplacement de la cible pour faciliter l'interprétation des résultats. Dans un premier temps, nous proposons les champs inversés lorsque l'objet est à 40 cm de la ligne d'antennes (Fig. V.5). Cela s'est traduit par l'abandon de la fenêtre de pondération, mais aussi par de bien meilleurs rapports signal sur bruit dans la Figure V.6 : Cartes de terrain retournées avec SIMIS.
Ce type de configuration est donc un bon candidat pour focaliser sur le diffuseur. Le retournement temporel des données recueillies à partir de la configuration hybride SIMIS permet la construction de cartes des champs diffractés où se situe la cible.
Décomposition de l'Opérateur de Retournement Temporel (DORT)
- Présentation de la méthode
- Application de DORT aux données du SIMIS
Les modules des champs renvoyés seront affichés pour les deux premières valeurs propres décrivant chaque diffuseur. Ces cartes présentent donc des champs anisotropes, mais lorsque la fréquence augmente, il devient difficile d'interpréter correctement le résultat. Nous affichons maintenant les cartes des champs renvoyés lorsque la cible est à 80 cm des antennes (Fig. V.16).
Parfois, il y a une inversion entre les vecteurs symétriques et antisymétriques, ce qui conduit à des champs inversés qui ne sont pas focalisés sur le diffuseur, comme sur la Figure V.16(c). Cependant, nous présentons des cartes des champs inversés calculées lorsque l'espacement est de 80 cm.
Conclusion
Conclusions et perspectives
A partir de deux acquisitions, l'une de référence, puisqu'elle est sans objet, l'autre avec la cible dans le champ système, on calcule des ensembles de données qui décrivent le champ réfracté par la cible. Malgré cette limitation, SIMIS fonctionne bien lors de l'acquisition de champs diffractés par une cible diélectrique. Ils commencent par regarder les mesures dans la réflexion du réseau afin qu'aucune configuration ne soit négligée.
Ils continuent d'adopter la méthode de correction d'antenne en termes de réglage ou, mieux encore, d'intégration des diagrammes de rayonnement dans l'étalonnage du système. Pichot, "Amélioration de la dynamique de détection au sein d'un système multicapteur dédié à l'imagerie micro-ondes d'objets enfouis", Proc.
Annexe B
Annexe C
Annexe D
Annexe E
Annexe F
Aliferis, Microwave Imaging of Buried Objects: Two-Dimensional Numerical Modeling and Study of Three-Dimensione Extension, Thèse de doctorat, Université de Nice-Sophia Antipolis et Université technique nationale d'Athènes, décembre 2002. Lin, « A Frequency-Hopping Approach for Microwave Imaging of Large Inhomogeneous Bodies », IEEE Microwave and Guided Wave Letters, vol. Pichot, "Méthode de diffusion inverse basée sur la déformation de contour à l'aide de la méthode de niveau défini utilisant la technique de saut de fréquence", IEEE Antennas and Propagation, Vol.
Guillanton, Etude d'un système d'imagerie micro-onde multistatique-multifréquence pour la reconstruction d'objets enfouis, thèse de doctorat, Université de Nice-Sophia Antipolis, décembre 2000. Le Brusq, Imagerie micro-onde : l'influence de la polarimétrie en champ diffracté, thèse de doctorat, Université de Nice-Sophia Antipolis, octobre 2003.
