Chambre anéchoïque | Radar expérimental | Signaux GNSS
La chambre anéchoïque
Présentation
Le groupe STIC/REMS de l’ENSTA-Bretagne possède une chambre anéchoïque : pièce dont les parois absorbent les ondes électromagnétiques afin de simuler l’espace libre. Ce système d’expérimentation permet de faire des mesures hyperfréquences dans la bande de fréquence 2GHz-20GHz, différents types d’acquisition peuvent être réalisés :
- Mesure de SER (Surface Equivalente Radar),
- Profil distance,
- Imagerie ISAR,
- Diagramme d’antenne,
- …
La chambre anéchoïque permet de faire des acquistions en full polarisation (co-polarisation et cross polarisation) en configuration quasi-monostatique et bistatique (antennes d’émission et de réception séparées, angle bistatique max : 40°).
Les dimensions de la chambre anéchoïque sont : 8*5*5m (L*l*h), la distance entre les antennes et le positionneur est de 5m.
Description générale du dispositif de mesure :
Le système de mesure est piloté par un PC qui permet de gérer facilement son fonctionnement à travers une IHM développée en Python.
Les paramètres fréquentiels d’acquisition sont transmis à l’analyseur de réseau vectoriel Anritsu 37347D qui transmet le signal aux antennes cornet. Les paramètres de positionnement sont envoyés par port GPIB au positionneur Newport-Microcontrol type MM4006 qui oriente le dispositif sous test dans la position souhaitée avec une précision angulaire de 0.01°.
Les données complexes fournies par l’analyseur de réseau sont ensuite stockées dans le PC de contrôle.
Chaîne d'acquisition
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| Poste de commande | Antennes | Positionneur |
Cibles utilisées pour les acquisitions
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| Cibles canoniques | Cibles complexes | Maquettes |
Radar expérimental
Présentation
Dans le cadre des activités de recherche et d’enseignement du groupe STIC-REMS, nous avons développé un radar expérimental. Cette réalisation est utilisée pour la recherche et l’enseignement. Ce système permet au groupe STIC-REMS de disposer de données réelles difficiles à obtenir dans les bandes de fréquences radar.
Le principe de fonctionnement du radar peut être schématisé de la manière suivante :
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I. Description du système
I.1. Générateur de signaux
Les formes d’onde du radar sont générées à partir du matériel Rhode & Swartz suivant :
– SMBV100A
– AFQ100B
Ces matériels permettent de générer différentes formes d’ondes avec des largeurs de bande pouvant atteindre 500 MHz. Le SMBV100A est un générateur de signaux vectoriel dont la fréquence de sortie varie entre 9KHz et 3,2GHz, avec un niveau de sortie supérieur à +18 dBm, bruit de phase inférieur à -122 dBc/Hz. Il permet de réaliser l’ensemble des modulations analogiques classiques ( AM, FM, PHASE) avec 120MHz de bande de modulation. Afin de le piloter à partir d’un PC, il dispose des interfaces : USB, LAN et GPIB. L’AFQ100B est un générateur qui permet de réaliser de modulation I/Q et d’avoir une largeur de bande supérieure à 500 MHz.
I.2. Up/down converter
Le module up/down converter a deux objectifs : le premier est de transposer la fréquence de sortie du générateur à une fréquence adaptée aux antennes (dans notre cas 15GHz), le deuxième est d’adapter le signal reçu par l’antenne au module de numérisation. Ce module est spécifique à notre système, en effet il nécessite de prendre en compte les caractéristiques du générateur, des antennes d’émission/réception et du numériseur.
Module Up/Down converter
I.3. Numériseur
Le signal est numériser à l’aide d’une carte Signatec PX1500-4 qui permet un échantillonnage sur deux voix à 1.5GHz, elle permet également de transmettre les données sur des disques durs par port PCI-Express.
Système d'acquisition
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| Carte CAN | Unité de stockage |
Plateforme de mesure des signaux GNSS
Présentation
Au sein de notre groupe de recherche, une plateforme expérimentale de mesure a été conçue pour enregistrer les signaux GNSS (GPS, GALILEO,…). Très polyvalente et parfaitement adaptée à l'analyse de l'interaction de ces signaux avec des environnement naturels, cette plateforme vise plus particulièrement les applications maritimes. On notera que les moyens d'enregistrement proprement dits des signaux GNSS s'accompagnent de moyens de perception de l'environnement (notamment une station météo).
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| Figure 1. Configuration du système de mesures développé associant une station météorologique et un récepteur de signaux GNSS (signaux direct et réfléchi). |
Description technique
La plateforme expérimentale est constituée de plusieurs éléments : un système de réception comprenant deux antennes et deux câbles coaxiaux, un module électronique radiofréquence RF-Rx (bande L1 1575.42GHz), deux convertisseurs en fréquence intermédiaire FI-Rx (70 MHz), un module d’acquisition/numérisation/stockage des signaux mesurés comprenant deux cartes de numérisation différentes (fréquences d’échantillonnage maximales 420 MS/s et 8 GS/s) et un PC. A ces éléments viennent s’ajouter un PC portable (contrôle des atténuateurs variables du module RF), un disque dur de stockage supplémentaire, une station météorologique.
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| Figure 2. Synoptique du module de réception des signaux GNSS. |
Les éléments constituants cette plateforme sont détaillés sur la figure 3 : antennes actives, module de réception RF-Rx, module de conversion FI-Rx, module d’acquisition/ numérisation/stockage (cartes de numérisation DC-440 et DC-252 de Agilent), PC de contrôle, station météorologique.
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| Figure 3. Éléments de la plateforme expérimentale. |
La station météorologique « VantagePro2 » est composée de deux blocs distincts :
- un ensemble de capteur intégré (ISS : Integrated Sensor Suite) contenant un capteur de température, un collecteur de pluie, un capteur d’humidité, un anémomètre, un capteur d’UV et des panneaux solaire;
- une console VantagePro2 distante qui affiche les données météorologique collectées par les capteurs.
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| Figure 4. Présentation de la station météorologique (à gauche) et des données générées (à droite). |
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| Figure 5. Photo de la station météorologique « VantagePro2 » |
Mise en oeuvre expérimentale
Cette plateforme expérimentale a donné lieu à plusieurs campagnes de mesure sur site. Les figures ci-dessous montrent les conditions expérimentales de mesures réalisées à Sainte du Portzic (Rade de Brest) sur le site de l'IFREMER.
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| Figure 6. Site de l’Ifremer (extérieur). | Figure 7. Site de l’Ifremer (Intérieur). |
Le système de réception est composé de deux antennes actives (modèle GPS S67-1575-Series), une des antennes est orientée vers les satellites (polarisation circulaire droite RHCP) tandis que l’autre antenne est orientée vers la mer (polarisation circulaire gauche LHCP). Ces antennes sont fixées sur des plans de masse en aluminium (figure 8).
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| Figure 8. Photo des antennes LHCP et RHCP. |
Systèmes commerciaux
Afin de comparer les performance de notre plateforme expérimentale avec les système commerciaux existants, notre laboratoire possède également un système expérimental « Oceanpal », de la société à la société StarLab, capable de mesurer les fluctuations grandes échelles de la surface de mer (hauteur significative des vagues).
Les figures 9 et 10 présentent les différents éléments du système « Oceanpal ».
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| Figure 9. Architecture du système OceanPal. | Figure 10. Le système complet d’acquisition Oceanpal. |