Nous avons vu précédemment que le support métallique avait une influence sur les performances d’estimation. Pour des systèmes de goniométrie mobiles, les antennes sont généralement posi-tionnées sur de large structure comme le fuselage d’hélicoptère ou d’avion ou encore le toit d’une voiture. Nous avons donc simulé de nouveau la précision d’estimation de l’antenne Dloc à l’aide de MUSIC, mais cette fois-ci avec un support métallique plus large, de forme carré et de taille 800x800mm. Les erreurs d’estimation RMS obtenues avec cette nouvelle installation sont données en figure III.26 pourPr =-95dBW.m−2.
FigureIII.26 – Erreur RMS ΔaRMS(φ, θ) simulée de l’antenne Dloc sur un support métallique 800x800mm pourPr =-95dBW.m−2obtenue à l’aide de MUSIC.
Les erreurs angulaires augmentent sur une grande partie des angles en azimut. Comme pour les simulations précédentes, ces erreurs apparaissent pour des angles en site proches de θ = 90◦ en raison de la diffraction du champ sur le support qui, par combinaison, atténue la champ mesuré. Ces erreurs d’estimation restent néanmoins acceptables avec une valeur maximale de 5.5◦ pour un RPB=46dB.m−2. Nous pouvons donc conclure que la taille du support influe sur les performances d’estimation.
Il aurait été intéressant d’analyser plus en détail la géométrie et la taille du support pour réduire au maximum ces erreurs. Cependant, pour la suite de l’étude, nous décidons de concentrer notre travail sur l’optimisation de l’antenne plutôt que celle du support. Ainsi, nous conservons ce support et utilisons ces résultats comme référence.
6 Conclusion du chapitre
Dans ce chapitre, une première antenne vectorielle à trois éléments colocalisés, sur un support métallique de 2.8λ, a été développée. Elle est composée d’un monopôle mesurant la compo-sante en z du champ électrique et deux demi-boucles chargées mesurant la composante en x et en ydu champ magnétique. Ses performances d’estimation ont été caractérisées au travers de simulations numériques et à l’aide des deux techniques de traitement, MUSIC et DHS. Les résultats obtenus ont montré, que malgré des ambiguïtés provoquées par des perturbations de rayonnement liées à la présence du support métallique, MUSIC offre une meilleure précision d’estimation dans l’ensemble du demi-espace 3D. L’algorithme DHS est trop sensible aux va-riations de rayonnement et ne permet pas d’atteindre une précision inférieure à 20◦, avec seule-ment trois capteurs, quelque soit le RPB en sortie de l’antenne. Dans la suite de l’étude, nous utiliserons donc seulement l’algorithme MUSIC. La réalisation et la mesure d’un prototype de cette première antenne a permis de valider expérimentalement ces résultats numériques.
Conclusion du chapitre 97
Dans une seconde partie, la diversité spatiale a été rajoutée à la diversité de polarisation en répartissant spatialement les capteurs de l’antenne dans le but de lever les ambiguïtés et d’amé-liorer la précision d’estimation. Cette répartition est limitée à une répartition planaire afin de conserver une antenne compacte pouvant être facilement intégrée sur un porteur. Une analyse du risque d’ambiguïtés a permis de fixer une distance maximale de séparation de 0.17λ. Un compromis entre l’amélioration apportée par la diversité spatiale et le risque d’ambiguïtés a donc été trouvé en fixant une distance de séparation de 0.14λ. La caractérisation par simulation numérique a permis de valider la suppression des ambiguïtés. On note cependant une légère augmentation de l’erreur d’estimation dans une zone proche deθ= 90◦, avec erreur de 5◦RMS, causée par la dissymétrie des diagrammes de rayonnement.
Cette première étude, nous a aussi permis d’établir une méthodologie de conception d’an-tennes vectorielles de radiogoniométrie 3D, basée sur l’utilisation d’outils de simulations EM, et d’autres outils comme le calcul de la borne de Cramer Rao et l’analyse du risque d’ambiguïtés 3D.
Enfin une simulation avec un plus large support, de 6.4λde côté, a montré une modification de la répartition de l’erreur dans le demi-espace 3D. L’erreur maximale reste autour de 5◦RMS mais ces erreurs s’étendent sur une plus large partie des angles en azimut. Il aurait été intéressant d’optimiser la géométrie du support. Cependant, pour la suite de l’étude, nous décidons de focaliser notre travail sur l’optimisation de l’antenne plutôt que celle du support.
Chapitre IV
Développement d’une antenne vectorielle de goniométrie UHF bibande
Les chapitres précédents ont permis de proposer une méthodologie de conception d’antennes vectorielles appliquées à la radiogoniométrie 3D, en identifiant les paramètres physiques qui influent sur les performances d’estimation. Deux antennes monobandes composées de seule-ment trois éléseule-ments rayonnants ont été développées. La caractérisation de leurs performances, à l’aide de l’algorithme MUSIC, a démontré non seulement que la mesure de trois composantes du champ EM était suffisante pour estimer la direction d’arrivée d’une onde incidente TMz
dans l’ensemble du demi-espace 3D mais aussi que l’utilisation de la diversité spatiale était nécessaire pour lever les ambiguïtés angulaires causées par les perturbations de rayonnement.
Malgré les performances encourageantes, obtenues avec ces deux premières antennes, des limi-tations ont été mises en évidence :
− La première est la présence de zones angulaires sensibles dans lesquelles des erreurs d’estimation apparaissent en raison d’une faible dynamique sur le champEmesuré ;
− La seconde limitation est la couverture fréquentielle monobande. Les antennes de radio-goniométrie sont généralement multibandes ou large bande dans le but de détecter et de localiser un très grand nombre de sources EM.
Le but ce chapitre est de démontrer la faisabilité d’une antenne vectorielle multibande appliquée à la radiogoniométrie 3D en proposant une topologie d’antennes originale, permettant d’amé-liorer les performances d’estimation obtenues précédemment. Seule une couverture bibande est adressée. L’extension à un plus grand nombre de bandes fera l’objet du chapitre suivant.
De nouveaux capteurs bibandes électriques et magnétiques sont développés à l’aide d’outils de simulation EM. Ils sont ensuite utilisés pour concevoir une antenne vectorielle réaliste, en appli-quant la méthode de conception précédemment mise en place. Les deux bandes de fréquences GSM sont adressées dans le but de localiser des téléphones cellulaires en vue d’applications SAR. Enfin, après la caractérisation des performances d’estimation de cette antenne au travers de simulations numériques, un prototype est réalisé et caractérisé afin de valider expérimenta-lement ces résultats.
99
1 Topologie d’antennes vectorielles bibandes
Dans cette section, une topologie originale d’antennes vectorielles permettant une couverture fréquentielle bibande est proposée tout en optimisant les performances de radiogoniométrie ob-tenues avec l’antenne à trois capteurs monobandes. Pour restreindre l’encombrement et faciliter l’intégration de l’antenne sur un éventuel porteur, la répartition spatiale des éléments est limitée à une répartition planaire.