FR 2903780 A1 20080118 FR 0606420 A 20060713 1 DETECTEUR D'OBJETS PAR ANALYSE D'ECHOS HYPERFREQUENCES DANS UNE ENCEINTE A CHAOS VARIABLE. Le domaine de l'invention est celui des dispositifs de détection d'objets dissimulés sur des sujets humains. Ces dispositifs sont plus particulièrement dédiés à la surveillance et à la sécurisation des zones aéroportuaires et des avions de transport, mais ils peuvent également être disposés à l'entrée de bâtiments protégés ou de zones d'accès contrôlé comme des quais d'embarquement de navires ou de trains. Pour assurer la sécurité des passagers dans les avions, les valises de soute et les bagages à main sont contrôlés par des systèmes d'imagerie à rayons X. Le passager lui-même ne passe que par un portique détecteur de métaux. Or, il est nécessaire de détecter sur le passager les objets non métalliques présentant un réel danger tel que des explosifs ou des armes en céramique. Pour combler cette faille de sécurité, certains aéroports ont mis en place, à titre expérimental, des scanners à rayons X pour les passagers eux-mêmes. Toutèfois, l'utilisation de rayons X dans un but non médical est interdite dans un grand nombre de pays et en particulier dans la plupart des états européens. En effet, cette technique comporte un réel danger pour l'être humain en cas d'utilisation régulière. Afin de pallier les inconvénients de l'utilisation des rayons X, il est possible d'utiliser des détecteurs chimiques adaptés à reconnaître les molécules spécifiques des explosifs. II est également possible de changer de gamme de fréquences et de réaliser une image du corps humain dans le domaine des ondes électromagnétiques millimétriques. En effet, les objets ou les matières dangereuses que l'on cherche à détecter réfléchissent ces ondes de manière très différente de celle du corps humain. On peut ainsi facilement les détecter. Cette imagerie peut se faire soit de façon passive, soit de façon active. La technique passive consiste à réaliser une image directement du corps sans l'éclairer. A l'opposé, la technique active permet 2903780 2 de faire une image en illuminant le corps, par exemple, avec un faisceau millimétrique connu à une longueur d'onde précise. Ces techniques ont plusieurs inconvénients. Elles sont complexes à 5 mettre en oeuvre. Certaines utilisent des systèmes coûteux de déflexion à miroir. Leur mise en place systématique dans un aéroport nécessite alors des investissements considérables. D'autre part, les techniques consistant à faire de l'imagerie haute résolution du corps humain se heurtent à un problème d'éthique. En effet, les vêtements étant peu denses et déstructurés 10 sont transparents au rayonnement millimétrique et par conséquent, le sujet apparaît nu sur l'image millimétrique. Or, un passager n'accepte pas d'être analysé à nu par un opérateur. Pour pallier ces inconvénients, il est possible de simplifier les 15 systèmes en utilisant de petits dispositifs portatifs qui permettent de faire un balayage du corps observé sans avoir recours à une image de bonne qualité. Généralement, ces dispositifs réalisent une mesure de la puissance réfléchie par le corps humain en fonction de la fréquence de l'onde émise. On détermine ainsi les résonances électromagnétiques significatives, 20 révélatrices de la présence d'objets diélectriques. Il est également possible de faire de la détection par des mesures de polarisation ou d'ellipsométrie des ondes réfléchies par le corps humain, les caractéristiques de polarisation dépendant de la nature du corps éclairé. Un des inconvénients principaux de ces systèmes mono-détecteur est que la mesure est ponctuelle ou quasi- 25 ponctuelle. Par conséquent, le contrôle d'un sujet peut prendre un certain temps. Ces dispositifs sont alors mal adaptés au contrôle rapide d'un grand nombre de passagers. II peut également être difficile de déterminer très précisément la position ou la taille d'un objet suspect. 30 Le dispositif proposé résout en grande partie ces inconvénients. En effet, il permet de réaliser à partir d'un couple unique d'émetteur et de détecteur une mesure simultanée en plusieurs points. On couvre ainsi une zone de contrôle importante tout en permettant une localisation assez précise d'un objet suspect, facilitant ainsi l'intervention d'un agent de sécurité pour une fouille plus approfondie. En outre, les ondes millimétriques utilisées 2903780 3 par ce dispositif ne sont pas dangereuses pour la santé humaine et permettent une utilisation grand public. L'analyse des signaux ne nécessite pas de puissance de calcul considérable et des moyens informatiques conventionnels suffisent pour les réaliser. Ce dispositif est enfin d'une grande 5 simplicité et peut être réalisé à bas coût. Le principe physique mis en oeuvre qui a déjà fait l'objet d'une demande de brevet par le présent demandeur en mai 2005 portant le numéro de dépôt 05 05208 est basé sur les variations d'un signal hyperfréquence 10 émis à l'intérieur d'une enceinte comportant un certain nombre de trous susceptibles de laisser fuir les ondes électromagnétiques. Lorsqu'un de ces trous est au voisinage ou au contact d'un corps, les fuites engendrées par ce trou varient en fonction des propriétés de réflexion de ce corps. Par conséquent, la géométrie de l'enceinte est perturbée et le signal 15 hyperfréquence est modifié. Par l'analyse de ce signal, on retrouve le lieu de la perturbation. Bien entendu, pour que le dispositif fonctionne correctement, il faut que la perturbation de chaque trou soit importante et décorrélée de celles des autres trous. Pour cela, il est nécessaire que la géométrie de l'enceinte soit chaotique. II est également très difficile d'obtenir des mesures 20 exploitables si le signal est émis à une seule fréquence et si tous les paramètres de la cavité restent constants pendant la mesure. Aussi, dans cette précédente demande, le signal généré comporte une rampe de fréquences. L'analyse fréquentiel du signal reçu permet de retrouver les différents états des trous. Dans ce cas, il faut nécessairement utiliser une 25 source hyperfréquences large bande, composant qui reste actuellement assez coûteux. Aussi, afin d'éliminer cet inconvénient, le dispositif selon l'invention fonctionne avec une ou plusieurs sources monochromatiques, les variations de signal nécessaires à la mesure étant assurées par les variations au moyen de dispositifs appropriés de la configuration chaotique 30 de l'enceinte. Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif de détection d'objets diélectriques sur un corps humain comprenant au moins un détecteur comportant une enceinte dans laquelle sont disposés un émetteur 35 émettant un signal d'ondes hyperfréquences à au moins une longueur d'onde 2903780 4 et un récepteur d'ondes hyperfréquences, ladite enceinte comportant une surface de mesure destinée à être positionnée au voisinage dudit corps humain, caractérisé en ce que la surface de mesure comporte au moins deux trous et que ladite enceinte : 5 • est fortement réfléchissante à l'onde émise par l'émetteur ; • a un volume très supérieur au cube de la longueur d'onde de façon que le nombre de modes de résonance possible à l'intérieur de l'enceinte soit supérieur à environ mille ; • a une géométrie de type chaotique pour lesdits modes ; 10 • comporte au moins un dispositif dit mélangeur de modes agencé de façon à modifier de façon variable et reproductible dans le temps d'une mesure les caractéristiques de l'enceinte de façon à explorer une fraction significative desdits modes. Avantageusement, la structure comporte un émetteur unique 15 faisant également office de récepteur et l'enceinte comporte des parois essentiellement planes. Avantageusement, le dispositif dit mélangeur de modes comporte essentiellement des moyens mécaniques rendus mobiles pendant les mesures, lesdits moyens pouvant être constitués : 20 • par des pistons mobiles en translation disposés sur la périphérie de l'enceinte et agencés de façon soit à déformer les parois de la dite enceinte de façon élastique, soit à pénétrer de façon variable dans l'enceinte ; • par une paroi mobile disposée à l'intérieur de l'enceinte ; 25 • par un rotor mobile en rotation disposé à l'intérieur de l'enceinte et portant au moins une ailette métallisée ; • par au moins un micro-système électro-mécanique de type MEMS. Avantageusement, le dispositif dit mélangeur de modes comporte 30 essentiellement des moyens électroniques permettant de modifier les caractéristiques électromagnétiques de l'enceinte, lesdits moyens pouvant être : • au moins un ensemble de deux dipôles reliés par une diode et des moyens de commande de la tension de polarisation de 35 ladite diode de façon à relier ou à isoler les deux dipôles ; 2903780 5 • au moins une cartouche de gaz et des moyens électriques d'ionisation du gaz contenu dans ladite cartouche. Avantageusement, le spectre du signal émis comporte au moins deux longueurs d'onde monochromatiques et la fréquence du signal émis se 5 situe dans la gamme de fréquences comprise entre 10 et 40 gigahertz. La structure peut être portative et comporte, à cette fin, une poignée. La structure peut également être un portique de sécurité fixe de taille suffisante pour laisser passer un sujet humain. Avantageusement, le dispositif comporte, en outre, un système de 10 traitement de données comportant des moyens : • De mémorisation de signaux préenregistrés correspondants aux différents états d'ouverture ou de fermeture des trous ; • D'acquisition des signaux reçus par le détecteur ; • De traitement desdits signaux reçus ; 15 • De corrélation desdits signaux traités avec les différents signaux pré-enregistrés. II peut également comporter : • des moyens d'avertissement lorsque le taux de corrélation entre un signal traité et au moins un des signaux pré- 20 enregistrés dépasse un seuil critique, lesdits moyens d'avertissement étant sonores ou visuels ; • des moyens de traitement permettant de réaliser une image de l'objet ou de la personne éclairé par les signaux émis par les trous de l'enceinte. 25 L'invention concerne également un procédé de détection d'objets diélectriques sur un corps humain à partir d'un dispositif de détection tel que décrit ci-dessus et comportant au moins, les étapes successives suivantes : • 1 ère étape : Réalisation de signaux reçus pré-enregistrés SPE correspondants aux différents états des trous ; 30 • 2éme étape : Mise en place du détecteur au voisinage d'un corps humain à analyser ; • 3éme étape : Acquisition du signal reçu correspondant à cet emplacement du détecteur et traitement dudit signal reçu ; • 4éme étape : Corrélation dudit signal traité avec les différents 35 signaux pré-enregistrés SPE . 2903780 6 Avantageusement, la première étape comporte les sous-étapes suivantes : • 1 ère sous-étape : Les trous de l'enceinte étant tous ouverts, émission d'un signal par l'émetteur et mise en fonctionnement 5 du dispositif mélangeur de modes pendant la mesure ; • 2ème sous-étape : Enregistrement du signal reçu noté signal- enceinte SE correspondant audit signal d'émission ; • 3ème sous-étape : Au moins un des états des trous ayant changé, émission d'un signal par l'émetteur et mise en 10 fonctionnement du dispositif mélangeur de modes pendant la mesure ; • 4ème sous-étape : Enregistrement du signal reçu noté signal-trou ST correspondant audit signal d'émission ; • 5ème sous-étape : Calcul d'un signal pré-enregistré SPE obtenu 15 par soustraction du signal-enceinte SE au signal-trou ST ; • hème sous-étape : Réalisation des sous-étapes 3 à 5 pour les différents états possibles des trous de façon à obtenir les différents signaux pré-enregistrés. Avantageusement, au moins deux changements d'état de deux 20 troisièmes sous-étapes successives de la première étape sont obtenus par l'introduction d'un objet fortement polarisant disposés dans deux positions différentes devant un même trou, de façon à réaliser au moins deux signaux pré-enregistrés SPE correspondants à deux états de polarisation différents des trous. 25 Avantageusement, la troisième étape comporte les sous-étapes suivantes : • 1 ère sous-étape : émission d'un signal par l'émetteur et mise en fonctionnement du dispositif mélangeur de modes pendant la mesure ; 30 • 2ème sous-étape : Enregistrement du signal reçu dit signal-mesure correspondant audit signal d'émission ; • 3ème sous-étape : Calcul du signal traité obtenu par soustraction du signal-enceinte au signal-mesure. 2903780 7 L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : • La figure 1 représente une vue d'un dispositif selon l'invention 5 comportant les moyens de détection proprement dits ; • La figure 2 représente une première variante de réalisation de ladite enceinte ; • Les figures 3 et 4 représentent la répartition d'énergie électromagnétique à l'intérieur de ladite enceinte pour deux positions du 10 mélangeur de modes ; • La figure 5 représente le signal temporel obtenu sur le récepteur ; • Les figures 6 et 7 représentent les variations de signaux en présence ou en l'absence d'objet devant un trou de l'enceinte ; 15 • La figure 8 représente la méthode de réalisation d'un signal pré-enregistré ; • Les figures 9 et 10 représentent le principe de détection basé sur la corrélation d'un signal mesuré avec les signaux pré-enregistrés ; • Les figures 11, 12, 13 et 14 représentent 4 variantes de 20 réalisation de mélangeurs de modes comportant des moyens mécaniques ; • Les figures 15 et 16 représentent 2 variantes de réalisation de mélangeurs de modes comportant des moyens électroniques ; • La figure 17 représente une variante de réalisation de l'enceinte comportant des guides d'onde ; 25 • Les figures 18 et 19 représentent les variations de réflexion d'un objet donné en fonction de la longueur d'onde ; • Les figures 20 et 21 représentent les variations de réflexion d'un objet donné en fonction de la polarisation ; • La figure 22 représente les variations du signal en fonction de la 30 distance séparant l'enceinte de l'objet à analyser ; • Les figures 23 et 24 représentent une vue du dispositif monté sur une structure portative ; • La figure 25 représente le fonctionnement du dispositif monté sur une structure fixe. 35 2903780 8 La figure 1 représente une vue du dispositif de détection selon l'invention. Il comprend essentiellement deux éléments principaux : • un détecteur 1 comportant essentiellement une enceinte 10 et un système d'émission 14 et de réception 15 de signaux 5 hyperfréquences ; • un système électronique de traitement de données 2 relié audit détecteùr 1. L'enceinte 10 comporte essentiellement des parois réfléchissantes 100 aux ondes millimétriques, une surface de mesure 11 comportant des 10 trous 12. Un émetteur 14 d'ondes hyperfréquence et un récepteur 15 sont disposés à l'intérieur de l'enceinte ainsi qu'un dispositif dit mélangeur de modes 13 agencé de façon à modifier de façon variable pendant le temps d'une mesure les caractéristiques de l'enceinte 10 de façon à explorer une fraction significative desdits modes. 15 Comme indiqué sur la figure 2, l'émetteur et le récepteur peuvent être confondus dans un dispositif unique 16 d'émission/réception. Le principe de fonctionnement est détaillé sur les figures 3 à 10. En fonctionnement, le détecteur est disposé devant un objet C comme 20 indiqué sur les figures 3 et 4. L'émetteur 14 émet une impulsion électromagnétique à l'intérieur de l'enceinte 10. La longueur d'onde émise est située dans le domaine des hyperfréquences et plus précisément, dans la gamme de fréquences comprise entre 18 et 40 gigahertz. Sur ces figures, le dispositif destiné au mélange des modes est 25 représenté symboliquement par un piston mobile 13 qui déforme de façon élastique une des parois de l'enceinte 10. Comme indiqué sur les figures 3 et 4, les parois 100 de l'enceinte étant très réfléchissantes, le signal subit de nombreuses réflexions avant de parvenir au détecteur. Ces réflexions sont symbolisées par les 3 flèches brisées sur ces figures. L'enceinte se remplit 30 d'énergie E comme indiqué par les courbes en traits fins sur les figures 3 et 4 qui correspondent aux courbes d'égale énergie. On démontre que dans une enceinte réfléchissante de volume V, le nombre de modes de résonance, c'est-à-dire le nombre de formes d'ondes stationnaires indépendantes qui peuvent exister, est donnée par la relation : 2903780 9 N= 3~3 .V avec 2, : longueur d'onde du signal présent dans la cavité. Il est très facile d'obtenir un grand nombre de modes en choisissant un volume V très supérieur au cube de la longueur d'onde. En 5 faisant très légèrement varier les conditions de résonance de l'onde dans la cavité, il est facile de balayer un grand nombre de mode parmi N modes possibles. Ainsi, pour les deux positions du piston 13 montrées en figures 3 et 4, la répartition des modes est différente et l'énergie reçue par le récepteur est également sensiblement différente. Par conséquent, en modulant soit les 10 paramètres géométriques soit les paramètres de réflectivité de l'enceinte, on module le signal reçu par le récepteur comme illustré en figure 5 qui représente les variations d'amplitude du signal reçu par le récepteur en fonction des déplacements dans le temps du piston 13 représenté sur les figures 3 et 4. 15 Une partie du signal est également reçue par les trous 12. Selon la nature de l'objet C placé devant ces trous 12, cette partie sera perdue ou réfléchie à l'intérieur de l'enceinte 10. En effet, le corps humain est très réfléchissant dans le domaine d'onde utilisé. Essentiellement composé d'eau dont l'indice complexe vaut environ 6+3i, le coefficient de réflexion du corps 20 humain vaut environ 70%. A l'inverse, en présence de corps diélectriques, la réflectivité du corps sera moins importante. Dans la suite du texte, on dira que le trou est ouvert si l'énergie est, en majorité, perdue et que le trou est fermé si l'énergie est, en majorité, réfléchie à l'intérieur de l'enceinte. Par conséquent, comme illustré sur les figures 6 et 7, les signaux 25 temporels Sc et Sc+o parvenant au récepteur et correspondant à la présence ou à l'absence d'objet devant un des trous dépendent à la fois de la géométrie de l'enceinte et de la nature du corps placé devant les trous. Pour que le signal soit exploitable, c'est-à-dire permette de déterminer la nature de l'objet situé devant chaque trou, il faut que deux 30 conditions soient remplies : • la variation du signal due à un changement d'état d'un trou doit être significative ; • les variations de signal dues à deux trous différents doivent être sensiblement différentes de façon à différentier 35 facilement les trous. 2903780 10 Pour réunir ces deux conditions, l'enceinte doit être de nature chaotique de façon à la rendre fortement sensible aux faibles perturbations et en particulier aux changements d'état des trous. Dans ces conditions, la réponse percussionnelle de l'enceinte est donc extrêmement chahutée. Une 5 grande quantité d'impulsions arrivent sur l'émetteur à des intervalles plus ou moins longs après un trajet plus ou moins complexe dans l'enceinte 10. En tant que tels, les signaux sont encore trop complexes pour être facilement exploités. 10 Pour obtenir un traitement du signal à la fois simple et efficace, le procédé de détection d'objets diélectriques sur un corps humain selon l'invention comporte, au moins, les étapes successives suivantes : • 1 ère étape : Réalisation de signaux reçus pré-enregistrés correspondants aux différents états d'ouverture ou de 15 fermeture des trous ; • 2éme étape : Mise en place du détecteur au voisinage d'un corps humain ; • 3éme étape : Acquisition du signal reçu correspondant à cet emplacement du dispositif et traitement dudit signal reçu ; 20 • 4éme étape : Corrélation dudit signal traité avec les différents signaux pré-enregistrés ; La méthode de corrélation permet d'obtenir simplement une information sûre sur la présence ou l'absence d'objets suspects. 25 Plus précisément, la première étape du procédé peut comporter les sous-étapes suivantes illustrées en figure 8 : • 1 ère sous-étape : Les trous de l'enceinte étant tous ouverts, émission d'un signal d'émission par l'émetteur, cadre 30 TOTALITE DES TROUS OUVERTS de la figure 8; • 2eme sous-étape : Enregistrement du signal correspondant, ledit signal étant noté signal -enceinte SE ; • 3ème sous-étape : Au moins un des trous étant fermé, émission d'un signal d'émission par l'émetteur, cadre 35 AU MOINS UN TROU FERME de la figure 8 ; 2903780 11 ^ 4ème sous-étape : Enregistrement du signal correspondant, ledit signal étant noté signal-trou ST; ^ Sème sous-étape : Calcul d'un signal pré-enregistré SPE obtenu par soustraction du signal-enceinte SE au signal-trou ST ; 5 • 6ème sous-étape : Réalisation des sous-étapes 3 à 5 pour les différents états d'ouverture ou de fermeture des trous de façon à obtenir les différents signaux pré-enregistrés. On obtient ainsi un certain nombre de signaux pré-enregistrés qui sont la signature des états de fermeture ou d'ouverture des différents trous. 10 II est à noter que les signaux pré-enregistrés doivent représenter au moins toutes les configurations où un trou est fermé. Par conséquent, si l'enceinte comporte N trous, au moins N signaux doivent être pré-enregistrés. 15 La troisième étape peut comporter les sous-étapes suivantes : • 1 ère sous-étape : Emission d'un signal d'émission par l'émetteur ; • 2ème sous-étape : Enregistrement du signal correspondant audit signal d'émission, ledit signal étant noté signal-mesure ; 20 ^ 3ème sous-étape : Calcul du signal traité obtenu par soustraction du signal-enceinte au signal-mesure. Dans les différentes étapes et sous-étapes du procédé, les signaux pré-enregistrés et traités sont obtenus par soustraction du signalenceinte. Cette opération permet d'éviter que le signal de l'enceinte ne vienne perturber la mesure finale en introduisant une corrélation parasite liée à l'enceinte. La quatrième étape du procédé est illustrée sur les figures 9 et 10. 30 Dans les deux cas, les signaux traités So obtenus par mesure sont corrélés avec les signaux pré-enregistrés SPE1 et SPE2. Sur ces figures, l'opération de corrélation est classiquement représentée par une croix centrée dans un cercle. Sur la figure 9, le signal mesuré est quasiment identique au signal 35 pré-enregistré SPEI. Dans ce cas, le taux de corrélation Toi est important, ce 2903780 12 qui signifie que le signal mesuré est représentatif d'une configuration très voisine du signal pré-enregistré, qui correspond, par exemple, à un certain trou fermé. Sur la figure 10, le signal mesuré est différent du signal pré- 5 enregistré SPE2. Dans ce cas, le taux de corrélation TC2 est faible, ce qui signifie que le signal mesuré n'est pas représentatif de la configuration du signal pré-enregistré, qui correspond, par exemple, à un certain trou fermé. En comparant le signal traité à l'ensemble des signaux pré-enregistrés, on met en évidence les corrélations éventuelles. Ainsi, il devient 10 possible de détecter des objets cachés par cette méthode. Une première définition de l'opération de corrélation est la suivante : f signal (O.reférence(t).dt 15 où référence désigne un des signaux enregistrés correspondant à un état de référence et signal est la mesure en temps réel que l'on cherche à analyser pour déterminer l'état de chaque trou. ( ) est l'opérateur de produit scalaire. 20 Cette définition de la corrélation fonctionne bien tant que deux états distincts fournissent deux signaux complètements différents ou décorrélés. Ce qui peut s'écrire : di, j, (reférencestat, I reférence,ku,) =0 Dans le cas général, cette condition n'est pas nécessairement 25 respectée. Elle dépend du nombre de modes balayés N. En effet, le résultat du produit scalaire de deux vecteurs aléatoirement choisis dans un espace de dimension N vaut en moyenne : moy((v I v')) _ \FI 30 Si le nombre de modes balayés est insuffisant, il est possible d'utiliser une autre méthode de corrélation. Soit le vecteur qui correspond (signal référence) Corr = _ Ilreférencell z f référencez (t).dt 2903780 13 à une mesure locale de la puissance intra-enceinte pour l'ensemble des modes balayés pour un état de l'enceinte donné. x est le signal à analyser. x, x= ,xN On note ref``' le vecteur correspondant à une mesure locale de la 5 puissance intra-cavité pour l'ensemble des modes balayés pour un état de référence de l'enceinte. ref r " ref = ref N') i soit R la matrice définie par ~re f,( ... ref (M) R= 7e (~) ... Ye{{~~(M) fN JN i 10 où N est le nombre de modes balayés ou de mesures décorrélées d'un même état et M est le nombre d'états de référence enregistrés. On définit un vecteur Erat de dimension M tel que "Etat, x' = R.Etat = R. Equation 1 EtatM / 15 Ainsi, si Etat, =1, = ref``) . Pour connaître l'état de l'enceinte à un instant donné, il faut résoudre l'équation 1. Etat, =1 est obtenu si cet état de référence est réalisé. Il est possible d'obtenir cette égalité pour plusieurs i simultanément. Si Etat; correspond à l'état "le trou n i est bouché par un objet réfléchissant", alors en bouchant les trous i et j, on obtient Etat; = Etat; =1. De 20 même, si le trou i n'est pas bouché de la même manière que lors de l'enregistrement, par exemple, si le trou est partiellement bouché ou si l'objet réfléchissant est plus éloigné du trou par exemple, on obtient le plus souvent Etat, ≠l et ~ 0 . En général, on a : 1 > Etat; -1. 25 En règle générale, N > M . Résoudre l'équation 1 revient à résoudre un système d'équation sur-déterminé. La matrice R n'est pas inversible, n'étant pas carrée, mais elle est pseudo-inversible. L'opération de corrélation à effectuer s'écrit donc : 2903780 14 Etat = pinv(R).x où pinv est l'opérateur de pseudo inversion. Pour réaliser ce procédé, le dispositif comporte un système de 5 traitement électronique de données comportant des moyens : • De mémorisation de signaux pré-enregistrés correspondants aux différents états d'ouverture ou de fermeture des trous ; • D'acquisition des signaux reçus par le détecteur ; • De traitement desdits signaux reçus ; 10 • De corrélation desdits signaux traités avec les différents signaux pré-enregistrés. La puissance de calcul nécessaire pour réaliser le traitement des signaux n'est pas considérable. Si le système réalise des mesures à une 15 cadence de 100 hertz, soit une mesure toutes les 10 millisecondes, si chaque signal est numérisé sur 1000 points et si l'on effectue 100 corrélations avec des signaux pré-enregistrés, il faut donc réaliser 100 000 opérations entre deux mesures, soit 100 000 opérations en 10 millisecondes. Chaque opération doit alors être réalisée à une fréquence minimale de 10 20 mégaHertz, ce qui est très faible avec les moyens de calcul actuels. Comme il a été dit, un des points importants du dispositif est que la géométrie de l'enceinte soit chaotique. A cette fin, on doit éviter que les surfaces principales de l'enceinte soient parallèles, on peut également 25 introduire des déflecteurs dans l'enceinte si elle est de forme simple pour la rendre chaotique. Cesdéflecteurs peuvent être positionnés entre émetteur et récepteur, par exemple. Le dispositif dit mélangeur de modes doit être agencé de façon à 30 modifier de façon variable pendant le temps d'une mesure les caractéristiques de l'enceinte de façon à explorer une fraction significative desdits modes. Il existe un grand nombre de dispositifs permettant d'obtenir ce résultat. On peut cependant séparer les mélangeurs de modes en deux grandes catégories : les mélangeurs de type mécanique qui vont faire varier 35 les caractéristiques géométriques de l'enceinte et les mélangeurs dits 2903780 15 électroniques qui vont faire varier ces caractéristiques électriques ou électromagnétiques. L'enceinte est très sensible aux déformations de ses parois puisqu'elles sont fortement réfléchissantes. Un déplacement de l'ordre de la 5 dizaine de micromètres modifie considérablement les propriétés de l'onde à l'intérieur de l'enceinte. Un mélangeur mécanique doit donc assurer un déplacement de cet ordre. A titre d'exemples non limitatifs, les figures 11 à 14 représentent différents dispositifs mécaniques permettant d'assurer le mélange des modes. 10 Une première solution est illustrée en figure 11. Elle consiste à disposer N actuateurs mécaniques qui sont, par exemple, des pistons 131 placés sur le pourtour de l'enceinte à différents endroits. En actionnant un de ces éléments, ce dernier appuie localement sur une des parois de l'enceinte et modifie le comportement de l'onde résonnante dans l'enceinte 10. Une 15 variante de ce premier dispositif consiste à introduire de façon variable des éléments dans l'enceinte. En effet, si l'on dispose de plusieurs éléments fortement réfléchissants que l'on peut faire entrer ou sortir de l'enceinte, on modifie les conditions de résonance de l'onde dans cette dernière. Une troisième solution consiste à introduire dans l'enceinte un 20 élément se déplaçant de manière continue et répétitive. Ce déplacement peut être réalisé de plusieurs manières : • En déplaçant un piston qui pénètre plus ou moins profondément dans la cavité de manière continue ; • En déplaçant une paroi comme indiqué sur la figure 12. Cette paroi 132 peut être une membrane réflective qui se déplace dans l'enceinte ou directement une des parois de l'enceinte. Dans ce cas, la reconfiguration peut avoir lieu pour des déplacements de l'ordre de & = ÂQ , où 2 est la longueur d'onde et Q le facteur de surtension de l'enceinte. Par exemple, pour une longueur d'onde de l'ordre de un centimètre et un facteur de surtension de l'ordre de 1000, le déplacement nécessaire est de l'ordre de 10 microns. • En faisant tourner un objet 133 dans l'enceinte comme indiqué en figure 13. Ce dernier ne doit pas présenter de symétrie de 25 30 2903780 16 révolution autour de l'axe de rotation. Il peut par exemple avoir une forme similaire à celle des pales d'un ventilateur. Un quatrième moyen de modifier la géométrie de l'enceinte est 5 d'introduire des éléments électromécaniques 133 dans l'enceinte encore appelés MEMS comme illustré en figure 14, MEMS étant l'acronyme de Micro-Mechanical Electronical System. Le MEMS est composé d'une partie mobile commandé électroniquement. Il est possible de réaliser grâce à la partie mobile du MEMS, des déformations de l'ordre du micromètre de 10 l'enceinte. L'introduction de MEMS dans l'enceinte permet ainsi de modifier électroniquement les conditions de résonance de l'onde. II est également possible de réaliser le mélangeur de modes au moyen de dispositifs électroniques. Plusieurs dispositifs sont possibles. 15 Une première solution consiste à placer dans l'enceinte plusieurs diodes 136 polarisées depuis l'extérieur comme illustré sur la figure 15. En polarisant les diodes en inverse ou en direct, il est possible de les rendre passantes ou bloquantes et ainsi d'introduire à volonté des court-circuits dans l'enceinte. Introduire des éléments fortement réfléchissants dans la 20 cavité a pour effet de changer les conditions de résonances dans la cavité, et donc de permettre de reconfigurer totalement le système. Sur la figure 15, chaque diode relie deux dipôles 135. Une seconde solution consiste à introduire des actuateurs à plasma dans l'enceinte. Ces actuateurs sont, par exemple, des capsules de 25 type néon 137 comme illustré en figure 16. En ionisant ou non le gaz contenu dans chaque capsule, il est possible de le rendre conducteur ou non. Ces éléments peuvent être rendus transparents ou réfléchissants pour l'onde qui résonne dans l'enceinte. 30 Les mélangeurs peuvent fonctionner soit de façon binaire soit en continu. Dans un mode de fonctionnement binaire, les dispositifs élémentaires constituant le mélangeur n'ont que deux états possibles. Par exemple, un piston peut être enfoncé ou relevé, une diode peut être passante ou bloquée. En disposant de N éléments, il est donc possible 35 d'obtenir jusqu'à 2N configurations différentes à partir de N actuateurs 2903780 17 binaires. Par exemple, si l'on souhaite avoir mille configurations élémentaires différentes, 5 dispositifs élémentaires sont nécessaires. Un point également important est que l'énergie électromagnétique 5 puisse sortir par les trous en quantité suffisante de façon que la différence entre un trou ouvert ou fermé soit significative. Pour éviter d'avoir des trous trop importants, une solution possible est illustrée en figure 17. Des guides d'onde 19 sont placés au niveau des trous pour faciliter les pertes. Ces guides peuvent être des guides diélectriques ou coaxiaux. 10 Comme on l'a dit, le dispositif peut fonctionner avec un signal monochromatique émis à une seule longueur d'onde. Cependant, il peut être intéressant de faire fonctionner le dispositif à plusieurs longueurs d'onde ou à plusieurs fréquences comme illustré en figures 18 et 19. En effet, un objet 15 diélectrique posé à la surface du corps humain va, en fonction de son épaisseur et de son indice de réfraction, présenter plusieurs fréquences de résonance. A ces fréquences symbolisées par des flèches continues doubles, l'onde 120 est intégralement transmise à travers le diélectrique et est absorbée par le corps humain comme illustré en figure 19. A des 20 fréquences différentes symbolisées par des flèches continues simples, au contraire, l'onde 120 est réfléchie en grande partie vers l'enceinte comme illustré en figure 18. En utilisant plusieurs longueurs d'onde, on obtient ainsi une information fréquentielle sur ce qui se trouve en face de chacun des trous. Pour obtenir une signature fréquentielle de l'objet significative, il 25 suffit que le signal comporte quelques fréquences discrètes, en pratique, le nombre de fréquences nécessaire est inférieur à la dizaine. A l'intérieur de l'enceinte, la répartition d'énergie dépend fortement de la polarisation de l'onde qui résonne. Par exemple, les modes de résonance d'une cavité sont en générale décomposés en modes TE et TM 30 différents, acronymes signifiant respectivement Transverse Electrique et Transverse Magnétique, ces modes désignant deux polarisations rectilignes de l'onde et orthogonales l'une de l'autre. Un objet réfléchissant polarisant, c'est-à-dire favorisant la réflexion d'une polarisation donnée placé devant l'un des trous n'apporte pas les mêmes modifications à l'onde résonante qu'un 35 objet qui n'affecte pas la polarisation. II est donc possible de déterminer 2903780 18 l'influence de l'objet sur la polarisation de l'onde, ce qui donne une information supplémentaire sur le type d'objet observé. Utiliser la polarisation requiert de pouvoir classifier les objets en fonction de leur effet sur la polarisation. En enregistrant des signaux référence obtenus à partir de 5 plusieurs objets polarisants bien choisis pendant la phase de mémorisation des signaux et en corrélant ensuite le signal à analyser avec lesdits signaux de référence, on peut remonter à l'effet polarimétrique de l'objet. C'est ce qui est illustré en figures 20 et 21 où deux signaux de référence sont obtenus en plaçant un fil métallique 200 polarisant dans deux configurations différentes 10 devant un trou de l'enceinte. Dans ce cas, le fil est tourné de 90 degrés entre les deux mesures des figures 20 et 21. La sensibilité à la polarisation est particulièrement significative dans le cas de bords d'objets. Un bord présente une discontinuité importante de l'indice vu par l'onde, ce qui a un effet polarisant potentiellement fort. Par exemple, une fente faite dans un matériau 15 conducteur est un élément fortement polarisant, seule la composante de polarisation linéaire parallèle à la fente étant réfléchie. Détecter les bords des objets par les effets polarisants qu'ils entraînent est un moyen simple d'améliorer les capacités de détection du dispositif. 20 Le dispositif fonctionne lorsque l'objet est au contact des trous ou au voisinage immédiat des trous. II peut également fonctionner lorsque l'objet n'est plus au voisinage immédiat des trous. Si le dispositif s'éloigne de la surface réfléchissante du corps humain, deux phénomènes vont se produire comme illustré sur les schémas de la figure 22 : 25 • Un déphasage est introduit par la perte de contact ; • Plusieurs trous de l'enceinte reçoivent l'onde rétrodiffusée par l'objet lorsque la distance est suffisante (schéma bas de la figure 22) 30 La modification de l'onde résonnante à l'intérieur de la cavité se fait en fonction des caractéristiques en amplitude ou en phase de la réflexion de l'objet présent devant l'un des trous. La réponse obtenue par la présence d'un objet devant l'un des trous va donc dépendre de sa distance au détecteur. Par exemple, pour deux positions distantes l'une de l'autre de %, 35 soit quelques millimètres d'un même objet placé devant l'un des trous, la 2903780 19 réponse obtenue est totalement différente. Autrement dit, après balayage de plusieurs modes de la cavité, on obtient : (s(d) s(d + 4 J = 0 où ( ) est l'opération de corrélation, s est le signal mesuré et d est la 5 distance de l'objet au détecteur. Ainsi, pour prendre en compte l'éloignement de l'objet par rapport au détecteur, il faut nécessairement prendre au moins deux références par trou correspondant à deux positions différentes de l'objet de référence, ces deux positions étant a priori distantes d'un quart de la longueur d'onde 10 utilisée. Si la distance séparant l'enceinte du corps réfléchissant est suffisamment importante, l'onde en provenance d'un trou entre dans la cavité via plusieurs trous à la fois. En calibrant correctement chacun des trous d'entrée/sortie de la cavité, c'est-à-dire en enregistrant les signaux 15 correspondant à des cas de référence judicieusement choisis, il est possible d'obtenir une information partielle sur le front d'onde au niveau du détecteur. Une fois ce front d'onde déterminé, il est alors possible de rétro-propager numériquement l'onde réfléchie jusqu'à obtenir une image de l'objet réflecteur. 20 A partir du même dispositif fonctionnant dans deux régimes différents, il est donc possible d'obtenir une image de l'objet réfléchissant lorsque celui ci est en contact direct avec le détecteur, ou bien lorsqu'il est plus éloigné du détecteur. 25 Dans le premier cas, on peut réaliser des dispositifs de détection portables tels que figurés sur les figures 23 et 24. La figure 23 représente une vue d'un dispositif de détection portable. Il comprend essentiellement deux éléments principaux : • un détecteur 1 comportant un système d'émission et de 30 réception de signaux hyperfréquences ; • un système électronique de traitement de données 2 relié audit détecteur. Extérieurement, la structure du détecteur 1 comprend essentiellement : 2903780 20 • une enceinte 10 comportant une surface de mesure 11 destinée à être positionnée au voisinage du corps humain, ladite surface 11 comprenant un certain nombre de trous 12 ; • une poignée 17 ou tout autre moyen de préhension permettant 5 la manipulation de la structure. La figure 24 représente la mise en oeuvre de ce dispositif de détection d'objets O sur un sujet C. Un objet suspect est dissimulé sur le sujet C. Le dispositif comporte essentiellement : • Une structure 1 comportant le système d'émission et de 10 réception de signaux hyperfréquences ; • un système de traitement 2 des signaux reçus comportant éventuellement des moyens d'alarme 22 en cas de détection d'objets suspects, représentés par un cercle sur le boîtier 2 de la figure 16. 15 L'utilisation du dispositif est très simple. Un agent de sécurité, non représenté sur la figure 24, balaie le corps de la personne à contrôler. Sur la partie haute de la figure, aucun objet suspect n'est situé sous les trous de la structure. Le signal mesuré ne peut être corrélé avec aucun des signaux pré-enregistrés. L'alarme n'est pas activée. 20 Sur la partie basse de la figure 24, l'objet suspect se trouve sous les trous de la structure. Dans ce cas, le signal mesuré correspond à au moins un des signaux pré-enregistré. L'alarme 22 est activée. Dans le second cas, on peut utiliser ce dispositif pour faire un 25 portail de détection 18 comme indiqué sur la figure 25. II est en effet tout à fait possible de rétro-propager l'onde sur quelques mètres pour obtenir une image basse résolution du corps tout entier en une fois. Là encore, le dispositif comporte des moyens d'alarme 22 en cas de détection d'objets suspects. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection d'objets diélectriques sur un corps humain comprenant au moins un détecteur (1) comportant une enceinte (10) dans laquelle sont disposés un émetteur (14) émettant un signal d'ondes hyperfréquences à au moins une longueur d'onde et un récepteur (15) d'ondes hyperfréquences, ladite enceinte comportant une surface (11) de mesure destinée à être positionnée au voisinage dudit corps humain, caractérisé en ce que la surface de mesure comporte au moins deux trous (12) et que ladite enceinte : • est fortement réfléchissante à l'onde émise par l'émetteur ; • a un volume supérieur à environ le cube de la longueur d'onde de façon que le nombre de modes de résonance possible à l'intérieur de l'enceinte soit supérieur à environ mille ; • a une géométrie de type chaotique pour lesdits modes ; • comporte au moins un dispositif dit mélangeur de modes (13) agencé de façon à modifier de façon variable et reproductible pendant le temps d'une mesure les caractéristiques de l'enceinte de façon à explorer une fraction significative desdits modes. 2. Dispositif de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure (1) comporte un émetteur unique (16) faisant également office de récepteur. 3. Dispositif de détection selon l'une des revendications 1 ou 2, 25 caractérisé en ce que l'enceinte (10) comporte des parois essentiellement planes. 4. Dispositif de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif dit mélangeur de modes comporte essentiellement des 30 moyens mécaniques (131, 132, 133, 134) rendus mobiles pendant les mesures. 2903780 22 5. Dispositif de détection selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens mobiles sont essentiellement constituées par des pistons mobiles (131) en translation disposés sur la périphérie de l'enceinte et 5 agencés de façon à déformer les parois de la dite enceinte de façon élastique. 6. Dispositif de détection selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens mobiles sont essentiellement constituées par une paroi 10 mobile (132). 7. Dispositif de détection selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens mobiles sont essentiellement constituées par un rotor mobile (133) en rotation portant au moins une ailette métallisée. 8. Dispositif de détection selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens mobiles sont essentiellement constituées par au moins un micro-système électro-mécanique (134) de type MEMS. 20 9. Dispositif de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif dit mélangeur de modes comporte essentiellement des moyens électroniques (135, 136, 137) permettant de modifier les caractéristiques électromagnétiques de l'enceinte. 10. Dispositif de détection selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens électroniques comprennent essentiellement au moins un ensemble de deux dipôles (136) reliés par une diode (135) et des moyens de commande de la tension de polarisation de ladite diode de façon à relier ou à isoler les deux dipôles. 11. Dispositif de détection selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens électroniques comprennent essentiellement au moins une cartouche de gaz (137) et des moyens électriques d'ionisation du gaz contenu dans ladite cartouche. 15 2903780 23 12. Dispositif de détection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le spectre du signal émis comporte au moins deux longueurs d'onde monochromatiques. 5 13. Dispositif de détection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fréquence du signal émis se situe dans la gamme de fréquences comprise entre 10 et 40 gigahertz 14. Dispositif de détection selon l'une des revendications 10 précédentes, caractérisé en ce que la structure est portative et comporte, à cette fin, une poignée (17). 15. Dispositif de détection selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la structure mécanique est un portique de sécurité (18) 15 de taille suffisante pour laisser passer un sujet humain. 16. Dispositif de détection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif comporte, en outre, un système de traitement de données (2) comportant des moyens : 20 • De mémorisation de signaux pré-enregistrés correspondants aux différents états d'ouverture ou de fermeture des trous ; • D'acquisition des signaux reçus par le détecteur (1) ; • De traitement desdits signaux reçus ; • De corrélation desdits signaux traités avec les différents 25 signaux pré-enregistrés. 20. Dispositif de détection selon la revendication 16, caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre des moyens d'avertissement (22) lorsque le taux de corrélation entre un signal traité et au moins un des 30 signaux pré-enregistrés dépasse un seuil critique, lesdits moyens d'avertissement étant sonores ou visuels. 21. Dispositif de détection selon la revendication 16, caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre des moyens de traitement 2903780 24 permettant de réaliser une image de l'objet ou de la personne éclairé par les signaux émis par les trous de l'enceinte. 19. Procédé de détection d'objets diélectriques sur un corps 5 humain à partir d'un dispositif de détection selon l'une des revendications 16 à 18, caractérisé en ce qu'il comporte, au moins, les étapes successives suivantes : • 1 ère étape : Réalisation de signaux reçus pré-enregistrés SPE correspondants aux différents états des trous (11) ; 10 • 2éme étape : Mise en place du détecteur (1) au voisinage d'un corps humain à analyser ; • 3éme étape : Acquisition du signal reçu correspondant à cet emplacement du détecteur et traitement dudit signal reçu ; • 4éme étape : Corrélation dudit signal traité avec les différents 15 signaux pré-enregistrés SPE . 20. Procédé de détection selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première étape comporte les sous-étapes suivantes : 20 • 1 ère sous-étape : Les trous de l'enceinte étant tous ouverts, émission d'un signal par l'émetteur et mise en fonctionnement du dispositif mélangeur de modes pendant la mesure ; • 2ème sous-étape : Enregistrement du signal reçu noté signal-enceinte SE correspondant audit signal d'émission ; 25 • 3ème sous-étape : Au moins un des états des trous ayant changé, émission d'un signal par l'émetteur et mise en fonctionnement du dispositif mélangeur de modes pendant la mesure ; • 4ème sous-étape : Enregistrement du signal reçu noté signal-30 trou ST correspondant audit signal d'émission ; • 5ème sous-étape : Calcul d'un signal pré-enregistré SPE obtenu par soustraction du signal-enceinte SE au signal-trou ST ; • 6ème sous-étape : Réalisation des sous-étapes 3 à 5 pour les différents états possibles des trous de façon à obtenir les 35 différents signaux pré-enregistrés. 2903780 25 21. Procédé de détection selon la revendication 20, caractérisé en ce que au moins deux changements d'état de deux troisièmes sous-étapes successives de la première étape sont obtenus par l'introduction d'un objet 5 fortement polarisant disposés dans deux positions différentes devant un même trou, de façon à réaliser au moins deux signaux pré-enregistrés SPE correspondants à deux états de polarisation différents des trous (11). 22. Procédé de détection selon l'une des revendications 19 à 21, 10 caractérisé en ce que la troisième étape comporte les sous-étapes suivantes : • lève sous-étape : émission d'un signal par l'émetteur et mise en fonctionnement du dispositif mélangeur de modes pendant la mesure ; 15 • 2ème sous-étape : Enregistrement du signal reçu dit signal-mesure correspondant audit signal d'émission ; • 3ème sous-étape : Calcul du signal traité obtenu par soustraction du signal-enceinte au signal-mesure.