Marine Zeebrugge
Les radars modernes
Radar
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Nous avons décrit la partie émetteur du radar de navigation moderne sur une page précédente.


Signal vidéo
L'écho a une longueur minimale qui correspond à la durée de l'impulsion d'émission. Les navires plus "courts" que la durée d'émission peuvent être détectés, mais leur longueur minimale correspond à la durée du signal émis.

Récepteur

Le récepteur se compose d'abord d'un préamplificateur low noise suivi d'un mixer qui va mélanger le signal d'antenne au signal d'un oscillateur local (hérérodyne). En cela le récepteur ne différe pas tellement d'un récepteur de radio (superhétérodyne). A la sortie, nous avons un signal de fréquence plus basse (50MHz) qui peut plus aisément être amplifié. Les étages amplificateurs privilégient une bande de fréquence et atténuent les signaux hors de cette bande. Cela permet de réduire les parasites. Le récepteur utilise un double changement de fréquence pour arriver à la fréquence intermédiaire relativement basse qui peut aisément être amplifiée.

Le magnétron ne produisant pas une fréquence très stable, il est nécessaire de continuellement adapter la fréquence de l'oscillateur local pour que la fréquence intermédiaire obtenue se trouve au milieu de la bande passante de l'ampli. Cette operation s'appelle auto-tune.

Le signal a la fréquence intermédiaire est alors détecté comme le signal vidéo d'une télévision (du temps de l'analogique). Le signal démodulé est d'ailleurs appellé signal vidéo. C'est une simple détection d'amplitude. Il y a également un discriminateur qui produit un signal positif ou négatif selon la dérive de la fréquence et qui permet de modifier la fréquence de l'oscillateur local (auto tune).

Le signal vidéo ainsi obtenu peut être directement envoyé à un oscilloscope (pour controle), mais il doit encore être traité pour pouvoir être affiché sur un vrai écran de radar de type PPI (Plan Position Indicator). Le signal vidéo représenté sur oscilloscope correspond au type d'écran radar de type A (le premier système de visualisation qui existait).

Le signal reçu est très faible et dépasse à peine des parasites. De plus, les échos sont beaucoup plus puissants pour les cibles rapprochées. Pour avoir une image acceptable:

  • On va d'abord appliquer une correction mathématique (sensitivity time control ou STC) où on réduit la sensibilité du récepteur après l'émission (main bang) et on l'augmente pour les échos plus lointains (durée de transit plus longue). Les echos de proximité sont en effet plus puissants que les échos lointains, mais ne contiennent pas nécessairement de cibles (il peut s'agir de vagues ou de réflections produites par les lobes arrières). Sans réduction de la sensibilité, l'amplificateur moyenne fréquence pourrait être saturé par les échos proches.

  • On va ensuite adapter le gain des étages amplificateurs en continu, on obtient ainsi une caractéristique logaritmique de l'amplification. Cette caractéristique fait que les cibles très réfléchissantes n'augmentent que faiblement l'intensité du point lumineux. Si la première correction était purement mécanique (dépendant de la distance) on va ici adapter l'amplification en continu pour avoir un niveau de bruit de fond constant (Constant false alarm rate). Tout ce qui dépasse ainsi le bruit de fond est visible à l'écran.

  • Certains radars utilisent également une correction plus globale qui va adapter le gain à chaque région de l'écran (pour corriger l'effet de conditions météo locales). Tous les radars n'ont pas cette correction et il est normalement possible de la débrancher.
A gauche la courbe STC en rouge qui va limiter l'amplification pour les cibles proches (réduction du gain juste après l'émission). En bleu, on a la courbe correspondante de l'amplification. On voit directement deux contacts (qui dépassent le niveau d'amplification).

La courbe STC permet entre autre d'éviter l'effet de soleil: (sunburst) où le centre de l'écran est fortement éclairé et la périphérie moins. L'antenne radar est directrice, mais transmet également au récepteur des signaux provenant de certains angles (lobes arrières et latéraux). La correction STC doit être adaptée à chaque navire après le placement de l'antenne.

La durée de l'impulsion radar détermine les caractéristiques du radar: une impulsion très courte ne permet pas d'envoyer une puissance élevée et les cibles lointaines ne sont pas détectées. Par contre une impulsion longue rend le radar aveugle pour les cibles proches. l'écho touche en effet déjà l'antenne alors que l'émetteur est encore en fonctionnement.

Pour éviter ce problème, on va adapter la longueur de l'impulsion à la portée voulue du radar. Pendant la navigation dans un port (petite vitesse), on va utiliser des impulsions courtes, pendant le déplacement normal on va utiliser des impulsions plus longues pour voir plus loin.

La partie centrale de l'image à droite est ce qu'on appelle le "main bang", c'est le signal en provenance du magnétron même, avant qu'il n'ait quitté le radar via l'antenne rotative. Normalement le main bang est automatiquement supprimé par l'électronique grace à la courbe STC. De par sa forme, cet effet est également nommé sunburst.

S'il apparait au bout d'un certain temps alors qu'il n'était pas présent avant, c'est que le guide d'unde est encrassé. C'est le guide qui conduit le signal radar du magnétron à l'antenne. Une telle image qui a la forme d'un soleil peut apparaitre au centre de l'image s'il y a par exemple de la condensation dans le guide d'onde. Les goutelettes renvoient une partie du signal vers le récepteur.

L'apparition du sunburst par la condensation n'est pas nocif en soi, mais il réduit la sensibilité du radar pour les échos lointains. Il est donc nécessaire de faire controler rapidement l'installation. Le sunburst est visible même quand le gain est réduit, puisque ce signal est très puissant.

Nous avons maintenant un signal vidéo valable, maintenant il faut l'envoyer à l'écran, qui est de type PPI (Plan Position Indicator).

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