Brevet FR2699007A1 — publié le 19940610

L'invention concerne des réflecteurs pour radars polarimétriques, destinés notamment à servir pour l'étalonnage d'un radar ou pour servir de balise. I1 est connu d'utiliser un dièdre métallique droit à arête rectiligne pour la calibration d'un radar polarimétrique mais cette technique nécessite de pouvoir maitriser avec beaucoup de précision les positions relatives du réflecteur et du radar de façon que le rayon incident appartienne à l'un des plans de symétrie du dièdre, en raison de l'extrême sensibilité de la réponse du dièdre dans le domaine angulaire, et notamment pour ce qui concerne sa surface équivalente radar (S.E.R.) de polarisation croisée. L'utilisation d'une telle technique est donc pratiquement réservée à des étalonnages en laboratoires. On a récemment étudié des réflecteurs constitués de deux surfaces conductrices disposées comme si elles avaient été engendrées par le déplacement d'un V, à angle au sommet droit, le long d'une courbe, réflecteurs que l'on qualiflera ci-après de "pseudodièdre droit". Les études publiées ont porté plus précisément sur les cas d'une arête circulaire et sur celui d'une arête elliptique, susceptibles d'améliorer les caractéristiques de réflexion et de faciliter l'utilisation du réflecteur, comme cela est exposé dans l'étude 'Theoretical and Experimental Study of a Crosspolarization S.A.R. Calibrator" de MM. J.C. Souyris, P. Borderies, P.F. Combes et H.J.Mametsa, publié dans les compte-rendus du SECOND INTERNATIONAL WORKSHOP ON RADAR POLARIMETRY (Nantes, Septembre 1992), mais ces solutions ne permettent pas d'améliorer simultanément toutes les performances souhaitées et obligent à des compromis. La présente invention a pour objet un pseudo-dièdre droit réflecteur radar dont les performances souhaitées puissent être améliorées simultanément. Un but de Invention est de fournir un pseudo-dièdre droit réflecteur radar permettant des étalonnages sur sites, en présence d'antennes embarquées dont l'orientation est connue avec une précision approximative. Un autre but de l'invention est de fournir un pseudo-dièdre droit réflecteur radar rétrodiffusant un niveau d'énergie suffisant en polarisation croisée dans un angle solide aussi étendu que possible, particulièrement intéressant pour le balisage et I'ldentiflcation. Encore un but de l'invention est de fournir un pseudo-dièdre droit réflecteur radar apte à constituer un étalon de polarisation croisée ayant une réponse aussi constante que possible sur un domaine angulaire donné. Un but de l'invention est également de fournir un pseudodièdre droit réflecteur radar présentant un diagramme de polarisation croisée élargi angulairement sans que ce diagramme soit modulé par des ondulations gênantes. Tous ces buts sont atteints selon Invention lorsque l'arête du pseudo-dièdre droit a la forme d'une portion d'hélice. De préférence, l'arête s'étend sur au plus un pas de hélice. De préférence, la tangente en un point de l'hélice fait un angle de 45" par rapport à l'axe de l'hélice. L'orientation du V au cours de son déplacement théorique le long de rarête varie selon une loi de variation choisie en fonction de la trajectoire donnée du système d'émission-réception polarimétrique. Ce réflecteur, placé devant un radar polarimétrique, c'est-àdire un radar dont rémission et la réception se font selon deux polarisations linéaires orthogonales H.V., permet l'étalonnage du radar dans la polarisation croisée : émission H - réception V ou émission V - réception H et ce, sur une large plage angulaire sans avoir besoin de changer Porientation du dièdre. Ce réflecteur qui peut être entièrement métallique, permet rétalonnage d'un radar aéroporté, héliporté ou placé sur un véhicule quelconque (par exemple un satellite), ou sur une tour, dès que le radar se trouve dans Sangle du cône de calibration issu du réflecteur. L'invention sera encore expliquée ci-après au moyen d'exemples comparatifs, en reférence aux flgures du dessin joint qui feront apparaître d'autres particularités de Invention et sur lequel: - la fig. 1 est un schéma d'un réflecteur conforme à l'invention; - les flgs. 2 et 3 sont d'autres vues du même réflecteur;; - la fig. 4 est un schéma d'un dièdre élémentaire utile pour la compréhension de la définition du réflecteur selon les flgs. 1 à 3 - les flgs. 5 à 10 sont des diagrammes qui montrent les variations de la surface équivalente radar (S.E.R.) de co-et contrapolarisation d'un réflecteur selon l'invention en fonction du rayon de courbure r de l'arête et de l'ouverture W, du réflecteur, dans le plan + = 45" (émission TE) - la fig.11 montre les variations de la surface S.E.R. en fonction de l'angle du plan de coupe, soit respectivement pour un angle de 20 (fig. 11A), 30 (fig. 11B) et 60 (fig liC), pour un réflecteur d'ouverture 80 ; - la fig. 12 est analogue à la fig. 11 mais pour un réflecteur d'ouverture 1000 ; - les figes. 13 et 14 sont des simulations des variations des niveaux de co-et contrepolarisation en fonction de l'orientation du rayon incident pour un réflecteur selon l'invention; - les figs 15 et 16 sont des simulations, respectivement comparables à celles des figes. 13 et 14, dans le cas d'un pseudo-dièdre droit à arête circulaire, et - les figs 17 et 18 sont des simulations, respectivement comparables à celles des flgs. 13 et 14, dans le cas d'un pseudo-dièdre droit à arête elliptique. Les grandeurs qui déflnissent la structure constituée par un réflecteur selon rinvention sont la longueur a de la génératrice (c'està-dire la longueur du côté du V dont le déplacement engendre théoriquement une face du dièdre), le rayon de courbure r de l'arête, et l'angle 'Po de la portion angulaire d'hélice déterminée par l'arête. Le réflecteur représenté sur les flgs. 1 à 3 est tel que la tangente T en chaque point de son arête hélicoïdale (c), fait un angle de 45" avec l'axe de l'hélice et que pour une trajectoire donnée du système d'émission-réception polarimétrique, il existe un dièdre droit élémentaire (fig. 4) vériflant simultanément les conditions suivantes: - La bissectrice z de ses 2 génératrices L1 et L2 est colinéaire au vecteur de Poynting incident Ki [porté par y3]. [Condition ai; -Son arête de longueur [#d1#] et de tangente T est colinéaire à la bissectrice des vecteurs [yl, y21, direction des champs électriques émis par le système polarimétrique (Condition ss). Les conditions a et ss réalisées assurent une détection maximum en polarisation croisée et permettent d'aboutir à l'équation paramétrée de la surface optimale pour la trajectoire en question. La trajectoire considérée est celle correspondante à une coupe +=45 pour des incidences e variables autour de la normale Z. La structure a été synthétisée afin de pouvoir, de manière complètement décorrelée, fixer un niveau de S.E.R. de polarisation croisée [proportionnel à la grandeur ar/#] sur un domaine angulaire ## proportionnel à l'ouverture Wo. En considérant la trajectoire optimale caractérisée dans le repère de base [X,Y,Z] pour une coupe à + = 45 , les figures 5 à 10 représentent les variations de S.E.R. de copolarisation (courbe inférieure) et contrapolarisation (courbe supérieure) pour + = 45 pour différents réflecteurs caractérisés par #0 et r/L Ces courbes ont été normées par rapport au niveau maximal d'énergie rétrodiffusée par le réflecteur considéré [c'est-à-dire par rapport à la grandeur r2/k2]. Pour les courbes des figs. 5 à 8, #/#=5, #/#=15 tandis que #0 à la valeur 60 (flg. 5), 80 (fig. 6), 100 (flg. 7) et 1200 (flg. 8). Pour les courbes des figs. 9 et 10, #/#= 5,9o =100 et #/#=10 (fig. 9 ou 20 (fig. 10). On constate l'élargissement du diagramme de polarisation croisée corrélativement à l'augmentation de Couverture wo. La comparaison des courbes des flgs. 7, 9 et 10 illustre l'influence des variations du paramètre #/ # à lpO o fixé. Indépendamment de son incidence sur le niveau absolu, r agit peu sur la forme du diagramme. On note toutefois une légère diminution des ondulations lorsque r croît. Cependant celles-ci sont davantage liées à Wo. En effet ce phénomène d'interférence est amoindri pour des réflecteurs ou #0 est grand. Le niveau de copolarisation pour toutes ces structures reste stable à des niveaux de l'ordre de -10 dB. Les flgures 11 et 12 représentent des diagrammes de co Les flgures 11 et 12 représentent des diagrammes de co (courbes inférieures) et contrapolarisation (courbes supérieures), respectivement pour des coupes + = 20 , + = 30 et 4 > = 60 et montrent la dissymétrie de comportement de la structure par rapport au plan + = 45". Ceci s'explique par le caractère hélicoïdal de l'arête. Les flgures 11A et 12A montrent que pour + = 20 , les propriétés de rétrodiffusion restent exploitables, avec toutefois une remontée du niveau de copolarisation. Celui-ci, d'une manière générale, peut être gênant si les antennes d'émission fonctionnant sur deux polarisations orthogonales possèdent des couplages importants. Enfin, les flgures 13 et 14 représentent les simulations des niveaux de co- et contrapolarisation pour différentes valeurs du gisement + et de la colatitude 0 de la direction du rayonnement incident en, dans le cas du pseudo-dièdre à arête hélicoïdale déflni par : a = 5k, r = 15k, to = 1200. A titre comparatif, on a représenté sur le Tableau ci-après les résultats caractéristiques de rétrodiffusion en contrapolarisation obtenus avec des réflecteurs ayant des arêtes de formes diverses: Coupe #=45 # Ondulations # Ouverture # Niveau de ouvertute # [max à max] # ##(3dB) # S.E.R. ## (3dB) # autour de autour de maximum #=45 # #=45 # (dBm) dièdre à arête rectiligne # 7 # # 50 # 13,47 a=b=5# pseude-dièdre # # # # droit à arête circulaire # 60 # 3,5 db # 50 # 2 a=b=r=5# # # # # pseudo-dièdre j dièdre à arête elliptique # 30 # 1,5 dB # 50 2 a=r=5# #=0,8 # # # #0=120 # # pseudo-dièdre droit à arête j hélicoïdale #=5# #=15# # 90 # dB # 60 # 10 #0=120 # # # # Les paramètres des dièdres mentionnés dans ce tableau à titre comparatif sont déflnis ci-après: dièdre à arête rectiligne: a = longueur des côtés b = longueur de rarête pseudo-dièdre droit à arête circulaire: a = longueur des côtés b = longueur de l'arête r = rayon du cercle de l'arête pseudo-dièdre droit à arête elliptique: a: longueur des côtés r = longueur du petit axe de l'ellipse de rarête e = excentricité de l'ellipse. Les figures 15 et 16 montrent les variations, respectivement de [slL]2 et de [s21]2, d'un pseudo-dièdre droit à arête circulaire défini par a=5k, #=5#, #=4,75#, pour différentes valeurs dans angles 6 et + qui déflnissent l'orientation des ondes en mode TE. Les flgures 17 et 18 montrent les variations, respectivement de [s11]2 et de [s2 1] 2, d'un pseudo-dièdre droit à arête elliptique déflni par a=5k, r=5, #0=76 e =0,6, pour différentes valeurs des angles 0 et +, en mode TE. Les figures sont à comparer aux figures 13 et 14 correspondantes relatives au cas d'un pseudo-dièdre droit à arête hélicoïdale selon l'invention. REVENDICATIONS 1. Réflecteur pour radar polarimétrique, notamment à usage de calibre ou de balise, constitué par un pseudo-dièdre droit à arête courbe, caractérisé en ce que l'arête (C) du pseudo-dièdre a la forme d'une portion d'hélice. 2. Réflecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arête s'étend sur au plus un pas de l'hélice. 3. Réflecteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la tangente en chaque point de l'hélice fait un angle de 45" par rapport à l'axe de hélice 4. Réflecteur selon la revendication 3 et tel que représenté sur les figures 1 à 3.